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Autores: GUAJARDO, Adriana B.; NAJAR, Laura E.; PRÓSPERI, SusanaB. ; MOLINA, María G.

FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS A LA INDUSTRIA. - U.N. C. San Martín 358, 5600-San Rafael, Mendoza. Tel-fax: 0627-21947 - 21436 -

e-mail: fcai@raiz.uncu.edu.ar

Palabras claves: Reciclado de Poliolefinas .Propiedades. Densidad.MFI (Índice de Fluencia).

RESUMEN

PPPRRROOOPPPIIIEEEDDDAAADDDEEESSS DDDEEE LLLOOOSSSPPPLLLÁÁÁSSSTTTIIICCCOOOSSS RRREEECCCIIICCCLLLAAADDDOOOSSS

2

El estudio está basado en el comportamiento de las poliolefinas al reciclado mecánico,motivado en la importante presencia de estas en los RSU.Los objetivos consistieron en:• Medir de la densidad y el índice de fluencia de los polímeros.• Comparar las propiedades analizadas observando el grado de degradación.• Analizar las mencionadas propiedades sobre otras características del material.Se trabajo con muestras de PE y PP siguiendo las normas ASTM D 792, para densidad yASTM D 1238 para índice de fluencia.Se puede concluir que los usos posteriores para los materiales reciclados se deben basar enpropiedades del polímero una vez transformado.

INTRODUCCIÓN

Importancia de los Mater ia les Plást icos

La industria de fabricación de materiales plásticos, como otras jóvenes industrias, ha tenido undesarrollo espectacular desde su aparición. Este desarrollo ha sido posible gracias a laversatilidad de estos nuevos materiales que ha posibilitado su empleo en campos de aplicacióntan dispares como pueden ser el envase y embalaje, la construcción o la electrónica. Comotodos los productos de nueva aparición, durante bastantes años han estado buscando su sitioentre y junto a los materiales tradicionales. Hoy día puede afirmarse, sin ninguna duda, quedebido por un lado a sus características propias y por otro a su empleo como excelentessustitutos de materiales tradicionales, este sitio ha sido irreversiblemente conseguido.Uno de los datos más empleados para medir la incidencia de los plásticos en nuestra sociedades el consumo por habitante y año. Por ejemplo en la ciudad de San Rafael, Mendoza segúnmuestreos realizados en 1995 la tasa de generación de residuos plásticos fue deaproximadamente 70 kg./año por habitante, el cual es un valor muy importante.Queda clara la incidencia de los plásticos en nuestro mundo y por ende en los residuossólidos. Ahora bien, no todos los objetos de plástico que se utilizan van a parar a los residuosurbanos.En las siguientes figuras, se observa la incidencia de los plásticos en los residuos urbanos enla prov. de Buenos Aires y en la ciudad de San Rafael, también se grafica la distribución en losdistintos sectores en los que se utiliza el plástico; en la cual se puede observar que elsegmento packaging abarca la mayor parte, lo cual implica una gran cantidad de plástico decorta vida útil y en consecuencia una importante presencia en los residuos urbanos de este tipode plásticos.

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Fig.1. Composición Promedio de los Residuos Domésticos - Buenos Aires

5%6%

5%

15%

53%

16%

Plásticos

Metales

Vidrio

Papel/Cartón

Materia Orgánica

Varios

Fig.2.a. Composición Promedio de los Residuos Domésticos - San Rafael - 1992-93

4%

8%

78%

2% 2%1% 5%

Plásticos

Papel cartón

Mat. orgánica

Vidrio

Material textil

Metales

Otros

4

Fig.2.b. Composición Promedio de los Resiuos Domésticos - San Rafael - 1993-94

7%

10%

68%

3%2% 4% 6%

Plásticos

Papel cartón

Mat. orgánica

Vidrio

Material textil

Metales

Otros

Fig.2 .c . Composic ión Promedio de los Residuos Domést icos - San Rafael - 1994-95

8%

11%

66%

4% 1% 5% 5%

Plásticos

Papel cartón

Mat. orgánica

Vidrio

Material textil

Metales

Otros

5

Fig.3. Consumo de Plástico por Sector de Mercado

33%

10%20%

5%

7%

25%

Packaging

Electrónicos

Construcción

Agricultura

Transporte

Otros Sectores

Fig.4. Vida Útil de los Plásticos

Menos de 1 año20%

Más de 8 años65%

de 1 a 8 años15%

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Residuos Sólidos Plásticos

El estudio de los principales sectores en los que se utilizan los plásticos, indica la procedenciade los residuos plásticos. Sin embargo, desde el punto de vista de su tratamiento, loimportante y eficaz es saber en qué clase de residuos y en qué proporción se encuentran.El origen de los residuos es muy heterogéneo y difícil de sistematizar. Pueden clasificarse porsu naturaleza, por su origen o por su lugar de producción. Desde el punto de vista de suprocedencia podemos decir que los residuos sólidos plásticos están presentes en dos tiposprincipales de residuos:

a) Residuos Sólidos Urbanos

b) Residuos Sólidos Industriales.

Residuos Sólidos Urbanos

- Composición de los residuos plásticos

El contenido de los residuos plásticos es muy heterogéneo en cuanto a su composición enpolímeros. En efecto, dada la existencia del elevado número de resinas poliméricas existentesy de la versatilidad de cada una de ellas, la composición es muy heterogénea.

Participación de los Distintos Tipos de Plásticos en los RSU

PET5% PS-EPS

15%

PVC10%

Poliolefinas65%

Otros5%

7

De la observación de los gráficos precedente se puede concluir que las poliolefinas (PEBD,PEAD y PP) a nivel mundial, son las que aparecen en mayor proporción. Esto es lógico si setiene en cuenta que precisamente estas resinas poliméricas son las que más se utilizan en lafabricación de envases y embalajes, en Argentina puede haber diferencia especialmente en elporcentaje de PET que ha crecido en este último tiempo debido a la gran demanda de bebidasgaseosas envasadas en botellas descartables de este material. Además, se puede decir queesta composición no ha sido siempre la misma. Al igual que el porcentaje de residuos plásticosen la basura ha variado progresivamente en función del aumento de la producción de plásticosy del perfeccionamiento de la automatización de los sistemas de envasado automático, esevidente que el desarrollo de aplicaciones específicas de las resinas poliméricas ha influidonotablemente en la variación de la composición de la fracción plástica en los residuos sólidosurbanos.

Residuos Sólidos Industriales.

- Procedencia de los residuos plásticos industriales

Desde el punto de vista de cantidad, los scraps industriales producidos en las plantasrepresentan un valor inferior al procedente de los residuos sólidos urbanos, desde el punto devista de reciclado y recuperación son muy interesantes, toda vez que se trata de residuosplásticos homogéneos y, por tanto, fáciles de recuperar, utilizándolos de nuevo como materiaprima, mezclándolos con la resina termoplástica virgen.Los residuos plásticos industriales se producen

- en la producción o síntesis de las resinas plásticas;- en la formulación de las mismas;- en la transformación de las resinas para obtener productos semiacabados o acabados

OBJETIVOS DEL ESTUDIO

ü Analizar la densidad y el índice de fluencia, propiedades de gran importancia en elprocesamiento de polímeros, medidas antes y después de ser procesados en condicionessimilares a las que soportan al ser reciclados.

ü Comparar las propiedades analizadas observando el grado de degradación.ü De acuerdo al comportamiento de la densidad y el índice de fluencia, analizar la influencia

sobre otras propiedades importantes del material.

METODOLOGÍA DE TRABAJO

Evidentemente, el uso de los productos fabricados a partir del reciclado de los residuosplásticos presenta algunas limitaciones técnicas que habrá que tener en cuenta. Su omisiónpuede conducir a resultados inaceptables. Por este motivo se analizaron algunas de lascaracterísticas de los plásticos más comunes en los residuos domésticos como son el PE y elPP, mediante la comparación de las propiedades de la resina virgen y la obtenida después desometer a cambios físicos para llegar un nuevo producto.

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Características de las Distintas Muestras Ensayadas

Muestranúmero

Polímero Usos

1 PEBD

sachets de leche, termo- contraíble,películas de espesor fino en envasesde buen brillo y transparencia y altaresistencia mecánica

2 PEBDPelículas de espesores varios paraenvases de buen brillo , transparenciatyalta resistencia mecánica

3 PEBD

Película para laminación, bolsas paracomercios , películas de espesor finoen envases de buen brillo ,transparencia y alta resistenciamecánica

4 PEBDL

Fabricación de artículos de usogeneral, recipientes para frigoríficos,contenedores de productos químicos,juguetes,etc.

5 PEADExtrusión de grandes tuberías para eltransporte de agua.

6 PEBDPelículas termocontríbles y films paralaminar. Soplado de envases huecos ycuerpos en general

7 PEBDFilms para agro, la construcción, bolsasindustriales y láminas termocontraíbles.

8 PP Tubos y soplado de recipientes.9 PP Productos obtenidos por inyección

10 PEBD reciclado de film.11 PEAD reciclado de film12 PEAD reciclado de cajones de botellas

(inyección)

Densidad

Una de las propiedades importantes de los polímeros, es la densidad ,ya que sirve paraidentificar un material y también para seguir cambios físicos en un ensayo. Cambios en ladensidad pueden deberse a cambios en la cristalinidad, pérdida de plasticidad, absorción desolvente, o por otras causas.Según se sabe en algunas poliolefinas, el reprocesamiento repetido se produce unadegradación de las moléculas, lo que se refleja en una disminución de la gravedad específica yen consecuencia una menor cristalinidad.Siguiendo una de las normas ASTM : D 792 – 66 para la determinación de la densidad depolímeros se realizaron ensayos sobre las resinas mencionadas.

Índice de Fluencia

Otra de las características fundamentales para las resinas es el Índice de Fluencia, que es unaprueba realizada para estudiar el comportamiento de flujo de los temoplásticos, haciéndolospasar bajo una carga prescrita a través de una boquilla de dimensiones estandarizadas.La cantidad de polímero en gramos que emerge en un tiempo de 10 a una temperatura dada,se llama Índice de Fluidez.

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El IF depende inversamente del peso molecular pero también depende del número, clase ydistribución de las ramificaciones. A partir de la diferencia de fluidez antes y después de latransformación se pueden sacar conclusiones acerca de la degradación sufrida por el materialdurante la misma. La norma utilizada es la ASTM Designación: D 1238 –82.

RESULTADOS

Densidad

Se realizaron ensayos a las distintas muestras mediante el procesamiento en un equipofabricado en la facultad logrando mediante la aplicación de calor y presión obtener el polímerofundido en forma de fideo, luego de dejar enfriar se midió la densidad siguiendo la normaASTM D 792, MÉTODO A-3 PARA ENSAYO DE PLÁSTICOS SÓLIDOSPatrón de densidad promedio D23 C = 0,92 g/cm3 .

Muestranúmero

Polímero DensidadPromedio del

Material Virgen(g/cm3)

DensidadPromedio del

MaterialProcesado

(g/cm3)

DensidadPromedio del

MaterialReprocesado

(g/cm3)1 PEBD 0,923 0,913 0,904

2 PEBD 0,924 0,915 0,910

3 PEBD 0,924 0,912 0,904

4 PEBDL 0,926 0,917 0,913

5 PEAD 0,954 0,948 0,933

6 PEBD 0,922 0,914 0,906

7 PEBD 0,923 0,911 0,901

8 PP 0,908 0,885 0,876

9 PP 0,900 0,882 0,873

10 PEBD 0,912 0, 901

11 PEAD 0,945 0,930

12 PEAD 0,961 0,949

.

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Variación de la Densidad con respecto al Número de Procesamientos

Índice de Fluencia

Se procedió a preparar las muestras en el equipo anteriormente mencionado sometiendo a losdistintos polímeros a una temperatura y presión que se detalla en la siguiente tabla:

Polímero Temperatura (ºC) Presión (Kg/cm2)

Polietileno (PE) 200 2,5

Polipropileno (PP) 250 2,5

Las muestras procesadas fueron ensayadas en el CITIP (Centro de Investigación Tecnológicapara la Industria Plástica), lugar en el cual se dispone del equipo estandarizado para medirÍndice de Fluencia, obteniéndose los siguientes resultados:

0,82

0,84

0,86

0,88

0,9

0,92

0,94

0,96

0,98

g/c

m3

PEBD PEBD PEBD PEBDL PEAD PEBD PEBD PP PP PEBD PEAD PEAD

Polímero

Densidad original

Densidad procesado 1 vez

Densidad procesado 2 veces

M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12

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Muestranúmero

Polímero MFI del Materialvirgen

(g/10 min)

MFI del Materialprocesado(g/10 min)

MFI del Materialreprocesado(g/10 min)

1 PEBD 0,6 (190/2,16) 0,62(190/2,16)

0,63 (190/2,16)

2 PEBD 1,2 (190/2,16) 1,23 (190/2,16) 1,26 (190/2,16)3 PEBD 2,0 (190/2,16) 2,05 (190/2,16) 2,10 (190/2,16)4 PEBDL 12 (190/2,16) 12,36 (190/2,16) 12,70 (190/2,16)5 PEAD 0,13

(190/2,16)0,137

(190/2,16)0,142

(190/2,16)6 PEBD 0,7

(190/2,16)0,72

(190/2,16)0,732

(190/2,16)7 PEBD 0,3

(190/2,16)0,306

(190/2,16)0,32

(190/2,16)8 PP 1,8

(230/2,16)2,05

(230/2,16)2,28

(230/2,16)9 PP 1,8

(230/2,16)2,02

(230/2,16)2,25

(230/2,16)10 PEBD 1,093

(190/2,16)1,145

(190/2,16)11 PEAD 0,325

(190/2,16)0,335

(190/2,16)12 PEAD 5,08

(190/2,16)5,18

(190/2,16)

Variación del Índice de Fluencia con el número de procesamientos

0

2

4

6

8

10

12

14

MFI

g/1

0min

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

nº muestra

MFI del Material virgen (g/10 min)

MFI del Material procesado (g/10min)

MFI del Material reprocesado(g/10 min)

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ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Densidad

Muestra número Polímero Variación de la densidad, %

1 PEBD - 2,06

2 PEBD - 1,52

3 PEBD - 2,16

4 PEBDL - 1,40

5 PEAD - 2,20

6 PEBD - 1,74

7 PEBD - 2,38

8 PP - 3,52

9 PP - 3,0

10 PEBD - 1,2

11 PEAD - 1,58

12 PEAD - 1,25

Índice de Fluencia

Muestra

número

Polímero Variación del MFI, %

1 PEBD + 5

2 PEBD + 5

3 PEBD + 5

4 PEBDL + 5,8

5 PEAD + 9,2

6 PEBD + 4,5

7 PEBD + 6,6

8 PP + 26,6

9 PP + 25

10 PEBD + 4,7

11 PEAD + 3

12 PEAD + 1,9

Se puede observar en los resultados de los ensayos de densidad e índice de fluencia (MFI) unadisminución de la primera y un aumento de la segunda propiedad, al someter al polímero auna transformación por medio de presión y calor. promedio

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La densidad en los polietilenos sufre una disminución promedio de 1,92 %, mientras que en lospolipropilenos ensayados esta es del 3,26 %. Lo que hace notar que la degradación sufrida porel PP es mayor que para el PE. La disminución promedio de la densidad para los PE recicladoses de alrededor de 1,3 % después de ser sometidos a una transformación. Se puede decir quecada vez que se somete al polímero a temperatura y presión, la densidad sufre unadisminución entre el 1,3 y 1,5 %.En las medidas de MFI existe un incremento promedio de alrededor de 5,9 % en lospolietilenos y de 25,8 % para propilenos, lo que implica una disminución en la viscosidad. Estosresultados no eran los esperados para los PE, ya que suele producirse una reticulación queimplica un aumento de MFI, hecho que no sucedió en la transformación a la cual fueronsometidos los polímeros.

CONCLUSIONES

A pesar de que la calidad del polímero disminuye después de ser sometido al proceso dereciclado, es posible utilizarlo con buenos resultados en transformaciones, tal vez de tipodiferente a la que fue sometido originalmente. Por ejemplo un índice de fluencia bajo indicaviscosidad elevada, ideal para la extrusión, en cambio un índice de fluencia alto es adecuadopara la inyección. Esta propiedad es muy importante a la hora de elegir el proceso detransformación.Las propiedades estudiadas influyen en otras propiedades importantes del material de lasiguiente forma:

P R O P I E D A D D I S M I N U C I Ó N D E L AD E N S I D A D

A U M E N T O D E L M F I

Elongación a la roturaMódulo EDurezaTemp. de fusiónTemp. máx de usoTemp. de fragilizaciónResistencia al impactoHinchamientoPermeabilidadTensofisuraciónTransparenciaFluidez

disminuye muchodisminuye mucho

disminuyedisminuyedisminuyeaumenta

disminuyeaumenta mucho

aumentadisminuyeaumenta

aumenta poco

disminuyedisminuye

disminuye pococasi no cambiadisminuye poco

aumentadisminuye mucho

aumenta pocoaumentaaumenta

no cambiaaumenta mucho

Los usos posteriores para los materiales reciclados se deben basar en las nuevas propiedadesque adquiere el polímero una vez transformado.