Página 1/13

Proyecto: “Desarrollo de nuevas formulaciones para su uso en el proceso de

rotomoldeo”

Entregable E6

Informe resultados web

Página 2/13

Índice 1. Introducción ................................................................................................................................... 3

2. Objetivo ......................................................................................................................................... 4

3. Tareas desarrolladas ...................................................................................................................... 5

4. Resultados alcanzados ................................................................................................................... 6

5. Conclusiones ................................................................................................................................ 12

6. Referencias .................................................................................................................................. 13

Página 3/13

1. Introducción

El proceso de rotomoldeo es un proceso de transformación de plásticos empleado para la

fabricación de piezas huecas de un amplio rango de tamaños, desde pequeñas piezas como

cabezas de muñecas o maniquíes hasta contenedores, mobiliario o incluso embarcaciones,

donde el material, en polvo o líquido, se introduce en el interior del molde y éste es calentado

mientras se hace girar, consiguiendo la fusión del mismo y que se emplea para la fabricación de

piezas huecas.

Figura 1. Esquema del proceso de rotomoldeo. Tomada de Texto Científicos (2012)

Una de las principales ventajas que aporta frente a otros procesos de fabricación (inyección,

soplado, termoconformado, extrusión) es que pueden aplicarse tanto a materiales

termoplásticos como termoestables, en forma de polvo o en estado líquido. A diferencia del

resto de procesos, las piezas obtenidas por rotomoldeo poseen relativamente bajo niveles de

tensiones residuales y, además, la inversión destinada al molde necesario es baja.

Actualmente polietileno, en sus diversas formas, representa alrededor del 85% al 90% de todos

los polímeros que son rotomoldeados. El polietileno reticulado también es utilizado

frecuentemente en el moldeo rotacional. Los plastisoles de PVC constituyen aproximadamente

el 12% del consumo mundial, y el policarbonato, nylon, polipropileno, poliésteres insaturados,

ABS, poliacetal, acrílicos, celulósicos, epoxis, fluorocarbonos, fenólicos, polibutilenos,

poliestirenos, poliuretanos, y siliconas conforman el resto de los materiales utilizados en la

industria del rotomoldeo.

Productos que utilizan materiales de alto rendimiento como la fibra de nylon reforzado y los

conductos para aviones de PEEK muestran el potencial de la tecnología de rotomoldeo, aunque

realmente los productos realizados con estos materiales representan una fracción muy pequeña

Página 4/13

de la industria. También existen intentos de incluir fibras en las piezas rotomoldeadas pero hasta

el momento esto no se ha realizado comercialmente.

En cuanto al uso de aditivos, los más comúnmente empleados en rotomoldeo son los

antioxidantes y los aditivos UV y los colorantes:

- Antioxidantes: previenen la degradación y además mantienen el peso molecular del

material al evitar el craqueo. El efecto del antioxidante depende del tipo de resina y del

tipo de antioxidante en cuestión, para algunas resinas la adición de un antioxidante

puede incrementar la resistencia al impacto en diez veces, mientras que otro

antioxidante puede incrementar esta propiedad en tan solo 20 %. Compuestos basados

en aminas, fenoles y ésteres se usan en el rotomoldeo como agentes antioxidantes.

- Aditivos UV: mejoran el comportamiento de la pieza rotomoldeada expuesta a

prolongados intervalos a la luz solar. Algunos pigmentos como negro de humo y

ftalocaininas pueden suministrar cierta protección, pero a la vez aceleran el proceso de

degradación por oxidación. Se pueden emplear estabilizadores orgánicos como

benzofenonas (particularmente efectivas contra la degradación fotoquímica). Si además

se adicionan benzotiazoles, la unión de estos estabilizadores absorbe la radiación UV,

haciéndola menos perjudicial. Actualmente se emplean igualmente aminas ramificadas,

siendo estas últimas las más efectivas.

- Colorantes: Son sustancias que confieren color, generalmente homogéneo al sustrato

polimérico.

Aunque el proceso de rotomoldeo tiene numerosas características atractivas, la limitación más

importante es la escasez de materiales adecuados. Esto se debe principalmente a la severa

exigencia de tiempo-temperatura a la que se somete al polímero, y también debido a la

existencia de un mercado relativamente pequeño para las no-poliolefinas.

Las resinas especialmente desarrolladas para rotomoldeo disponibles en el mercado poseen

precios relativamente altos, debido a que los costos de desarrollo se trasladan al usuario.

Además, se debe considerar el costo adicional de la molienda de pequeña escala de los gránulos

de plástico a polvo y que las características inherentes térmicas y económicas de la producción

favorecen el proceso de pocas piezas, pero relativamente grandes y voluminosas tales como

tanques químicos.

2. Objetivo

Por esta limitación, en el presente proyecto se persigue ofrecer a la industria de rotomoldeo un

rango de materiales adecuado del que puedan disponer para el diseño y fabricación de piezas

plásticas huecas, de pequeño y gran formato, productos innovadores y diferenciados, con unas

Página 5/13

características novedosas, no presentes en el mercado. Se pretende desarrollar las siguientes

formulaciones:

a) Más respetuosas con el medio ambiente: basadas en materiales reciclados, biobasados

e incorporando residuos naturales.

b) Formulaciones con carácter hidrofóbico o superhidrofóbico mediante la incorporación

de aditivos, otorgando una protección natural de limpieza y desinfección.

Figura 2. Grado de hidrofobicidad tomada de QuimiNet (2014)

c) Más ligeras, con mejores propiedades térmicas, estabilidad dimensional y aislamiento

mediante espumación.

3. Tareas desarrolladas

El proyecto ha tenido una duración de doce meses y se ha estructurado en cuatro paquetes de

trabajo (PT), los cuales se describen a continuación:

PT 1: Estado del arte. Especificaciones de partida. Selección de materiales.

Se ha recopilado, clasificado e interpretado artículos, productos comerciales y patentes

existentes en el ámbito de los tres grupos de formulaciones consideradas en este proyecto.

También, se han definido las características que deben cumplir los materiales, tales como fluidez

(material base, aditivos…), tamaño y forma de partícula de los polvos, estabilidad térmica. Se

han determinado tanto las especificaciones y requerimientos de las formulaciones a desarrollar

como las de procesado. Los materiales seleccionados se han caracterizado con distintas técnicas

experimentales.

PT2: Preparación de formulaciones iniciales.

Para la obtención de piezas por rotomoldeo, se ha trabajado en dos vías de procesado: mezclas

físicas y mezclas mediante extrusión-compounding.

En el caso de los materiales en un formato distinto al del polvo, como por ejemplo el polietileno

de inyección, el material en base almidón, el PLA, aditivos y diferentes residuos naturales

(cáscara de almendra), ha sido necesario someterlos a un proceso de molienda, teniendo en

Página 6/13

cuenta que durante el proceso de triturado el material no sufriera grandes esfuerzos de cizalla

que pudiese llegar a degradar el material. En los casos de las mezclas de compound, se han

preparado mediante extrusión diferentes formulaciones y posteriormente se han triturado las

granzas obtenidas. Las formulaciones desarrolladas mediante compound también se han

caracterizado.

PT3: Pruebas de rotomoldeo preliminares.

Las pruebas de rotomoldeo se han realizado en una máquina a escala laboratorio. Se ha trabajo

con las formulaciones desarrolladas en el PT2. Se ha trabajado ajustando parámetros y tiempos

de ciclo.

Las piezas fabricadas se han caracterizado desde el punto de vista formal, visual y se han

determinado las propiedades mecánicas (tracción, dureza, impacto, flexión), físicas (densidad)

y en el caso de las formulaciones con aditivos hidrofóbicos, se han realizado medida de ángulos

de contacto.

PT4: Optimización de las formulaciones.

A partir los resultados obtenidos en las tareas desarrolladas en los paquetes 2 y 3 se ha

modificado las formulaciones para mejorar sus propiedades para cada caso.

Con las formulaciones reformuladas se han obtenido piezas con forma de cubo y se han

caracterizado de una manera más exhaustiva.

También se realizado el perfil ambiental de una de las formulaciones utilizando la metodología

de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) para conocer el impacto ambiental en las distintas etapas de

su ciclo de vida.

4. Resultados alcanzados

Los materiales se han seleccionado en base a las especificaciones y características que éstos

deben tener para su uso en rotomoldeo. Dichas características se recogen en la Tabla 1.

Tabla 1. Características de los materiales para rotomoldeo

Característica Requisito/Especificación

Tamaño y distribución del tamaño de partícula

Polvos de entre 150 y 500 μm. Importante que haya presente una porción de finos tanto para mejorar el flujo del polvo y el acabado superficial como la transmisión de calor.

Forma de las partículas Partículas cúbicas para favorecer la transmisión de calor por conducción

Peso molecular y distribución de pesos moleculares

El MFI debe ser entre 2 y 10 g/10 min.

Materiales con un MFI muy bajo presentan una viscosidad alta lo que dificulta el proceso de sinterizado y densificación

Página 7/13

que tienen lugar durante el proceso y además requiere de tiempos de ciclo elevados

Cristalinidad Una elevada cristalinidad provocará un mayor alabeo de la pieza final

Los materiales seleccionados según el tipo de formulación a desarrollar han sido los siguientes:

a) Más respetuosas con el medio ambiente: basadas en materiales reciclados, biobasados e incorporando residuos naturales.

Basadas en materiales reciclados procedentes de diferentes industrias de procesado (inyección y rotomoldeo)

Se ha trabajado con dos referencias de polietileno reciclado, una referencia de inyección y

otra de rotomoldeo (Figura 3).

A) B) Figura 3.Polietileno reciclado. a) Inyección, b) Rotomoldeo

Formulaciones biobasadas/biodegradables

Dentro de este grupo, se han considerado tres tipos de materiales biodegradables:

- Referencia de PLA (Figura 4.a) - Polímero basado en almidón (Figura 4.b) - Policaprolactona (PCL) (Figura 4.c)

Página 8/13

a) b) c)

Figura 4. Materiales biodegradables. a) PLA, b) Polímero basado en almidón y c) PCL

Formulaciones incorporando fibras de celulosa, cáscaras de frutos secos, carbonato de calcio procedente de la cáscara de huevo.

a)

b) c)

Figura 5. a) Diferentes tipos de fibra d celulosa, b) Cáscara de almendra y c) Carbonato de calcio procedente de la cáscara de huevo.

b) Formulaciones con propiedades de hidrofobicidad o superhidrofobicidad

Figura 6: Aditivo hidrofóbico

Página 9/13

c) Más ligeras, con mejores propiedades térmicas, estabilidad dimensional y aislamiento

mediante espumación.

a) b)

Figura 7. a) Microesferas, b) Agente espumante

Los materiales que de partida estaban en un formato distinto a polvo y las mezclas obtenidas mediante compound se han sometido a un proceso de molienda (Figura 8).

Figura 8. Imágenes del proceso de triturado

Las pruebas de rotomoldeo se han realizado en una máquina a escala laboratorio (Figura 10),

empleando un molde de geometría cuadrada de 150x150 mm (Figura 10) para obtener piezas

en forma de cubo.

Página 10/13

Figura 9. Máquina de romoldeo

Figura 10. Detalle del molde abierto

Página 11/13

Figura 11. Momento de la extracción de la pieza rotomoldeada

Se han realizado numerosas pruebas:

- Variando parámetros de rotomoldeo: velocidad de giro, temperaturas, tiempo de

ciclo, de todos los materiales.

- Se han realizado mezclas físicas y mezclas mediante compound adicionando

diferentes porcentajes de cargas como cáscara de almendra, fibras de celulosa,

carbonato de calcio procedente de la cáscara de huevo, llegando en algunos casos

hasta el 40% en peso de la carga.

- Se han realizado mezclas de material reciclado con material virgen (variando el

porcentaje de cada uno).

Página 12/13

- Se han incorporado aditivos con nuevas propiedades a diferentes porcentajes.

5. Conclusiones

A partir de la caracterización realizada de los cubos obtenidos, se extraen las siguientes

conclusiones:

- Los materiales empleados no presentan sustancias sujetas a requerimientos del

Reglamento 1907/2006 REACH relativo al registro, evaluación, autorización y

restricción de sustancias químicas.

- Para un mismo porcentaje de carga o refuerzo a incorporar, en el caso de las mezclas

físicas, cuanto más pequeño es el tamaño de partícula mayor dificultad para

rotomoldear.

- Las mejores propiedades mecánicas se obtienen de los cubos fabricados empleando

las formulaciones obtenidas mediante compound. La adición de aditivos

compatibilizantes mejoran las propiedades finales de la pieza.

Página 13/13

- Los mejores resultados se han obtenido con la incorporación de residuos naturales

y fibras naturales. La adición de aditivo superhidrofóbico produce un incremento

notable del ángulo de contacto no llegando alcanzar los niveles de

superhidrofobicidad.

- A pesar de obtenerse mejores propiedades mecánicas con las formulaciones

obtenidas mediante mezcla por compound, desde el punto de vista

medioambiental, la mezcla física es la opción más ecológica ya que si se realiza la

mezcla por extrusión, la ventaja medioambiental de las fibras lignocelulósicas se

pierde, en parte, por el mayor consumo energético en la etapa de procesamiento.

6. Referencias

QuimiNet (2014). La más avanzada nanotecnología para recubrimientos super hidrofóbicos de

altísima calidad basada en el efecto loto. Recuperado de:

https://www.quiminet.com/articulos/la-mas-avanzada-nanotecnologia-para-recubrimientos-

super-hidrofobicos-de-altisima-calidad-basada-en-el-efecto-loto-3733109.htm

Textos Científicos. 2012. Rotomoldeo. Recuperado de:

https://www.textoscientificos.com/polimeros/rotomoldeo