Cómo mejorar la eficiencia del reciclado de plásticos con el uso de aditivos

Al estar recabando información complementaria para escribir el presente artículo sobre aditivos que mejoran el comportamiento de los materiales plásticos reciclados, me llevó el entorno informativo casi de manera inmediata a pensar en las tardes en que mis encantadoras hijas, implementan una gran diversidad de remedios (o aditivos) caseros y de la abuela, cuando se dedican a realizar sesiones de belleza. Esto incluye, entre muchas otras, mascarillas para hidratar la piel con fresas trituradas y miel o tratamientos de sábila, té verde y almendras. Relacionando esto con el ámbito del procesamiento, se equipara con brindar una ayuda o complemento para mejorar alguna cualidad específica, como elasticidad, hidratación o desempeño.

Así pues, recordemos que los plásticos son polímeros derivados o sintetizados a partir del petróleo más la adición de uno o varios aditivos, los cuales son componentes orgánicos e inorgánicos esenciales que proporcionan a los materiales plásticos propiedades diversas como resistencia, durabilidad, procesabilidad entre muchas otras, que les permiten cumplir con los requerimientos de aplicación demandados.

A tal grado que algunos plásticos o ciertas aplicaciones de estos materiales, no sería posible tenerlas sin el uso de alguno de los aditivos, teniendo gran importancia durante el procesamiento y aplicación del producto terminado.

Categorías de aditivos en plásticos

Las principales categorías de aditivos generales de uso tanto para plásticos virgen como reciclado se clasifican en:

• Ayudas de proceso: mejora la procesabilidad del material en estado fundido, reduciendo defectos tanto de fundido como en producto terminado, en procesos de extrusión soplado de botellas.
• Cargas minerales: pueden disminuir el costo y la mejorar de algunas propiedades, como la rigidez reduciendo espesores en piezas de polipropileno o PVC.
• Modificadores de impacto: incrementan los valores de resistencia al impacto
• Antioxidantes y estabilizadores: retrasan el proceso de degradación de los materiales, durante las etapas de procesamiento y/o reciclado, así como durante la aplicación final del producto.
• Compatibilizantes: mejora la compatibilidad entre polímeros distintos, estando compuestos generalmente por un copolímero, del cual una de sus extremidades es afín a un componente de la mezcla, mientras que el otro extremo es más atraído por el otro elemento de la mezcla. 

Importancia de re-aditivar en el reciclaje mecánico

Durante la vida útil de una pieza plástica, puede sufrir desde daños físicos hasta exposiciones tanto a la luz solar o altas temperaturas, experimentado con ello cambios irreversibles en las estructuras del polímero, pudiendo a llegar a consumirse los aditivos originales. Si los plásticos usados ​​están destinados a una segunda vida por el reciclaje mecánico, es por demás conveniente re-aditivar y a su vez reacondicionar los materiales reciclados al nivel deseado de la propiedad que se busca mejorar.

Aunque la acción de aditivo es directamente sobre la matriz polimérica, no debe descartarse las interacciones potenciales, entre éste y otros componentes presentes en el sistema como pudiera ser el caso de agentes compatibilzantes, debiendo tenerse en cuenta variables como composición, temperatura de fusión, del sistema integrado.

Por ello, es importante tener presente, que dependiendo de la calidad del material reciclado o bien del grado de degradación presente, este se puede aplicar en diversas aplicaciones buscando remplazar el material virgen, conservando la misma funcionalidad. Es decir, nos estamos refiriendo a mantener un proceso de reciclado de ciclo cerrado dentro de una misma aplicación. Resultando con ello un proceso de reciclado mecánico más eficiente desde el punto de vista energético y más respetuosa con el medio ambiente solo es posible mediante el reciclaje mecánico.

Desafíos en el reciclado de plásticos y uso de aditivos

Los principales problemas en el reciclado de plásticos están relacionados con los fenómenos degradativos que ocurren durante los procesos de reciclaje. Estos fenómenos son generalmente mucho más dramáticos que en los polímeros vírgenes ya que los grupos oxidados, formados durante el procesamiento o durante el uso, aceleran notablemente la degradación de los materiales plásticos, provocando esto un grave deterioro de las propiedades finales de los materiales secundarios.                                                             

Por lo tanto, con el objetivo de obtener materiales reciclados o secundarios con propiedades aceptables es necesario agregar los diversos aditivos para poder cumplir con los siguientes requerimientos:

• Prevenir la degradación termomecánica de los materiales durante las operaciones de reciclaje.
• Mejorar las propiedades de los materiales secundarios.
• Hacer compatibles los polímeros heterogéneos.

Por ello, nos centraremos en tratar de explicar un poco más a detalle los aditivos del tipo estabilizadores y compatibilizadores por su mayor importancia para los materiales reciclados.

Aditivos estabilizadores

Durante el primer procesamiento del plástico virgen y su primera ciclo de vida útil, se producen cambios irreversibles en la cadena del polímero, inducidos mecano-químicamente, químicamente o por irradiación. En los procesos químicos, se forman nuevos grupos químicos en la cadena, cambiándose la estructura del polímero y / o la composición del polímero.

La concentración de las estructuras recién formadas aumenta con el tiempo de servicio y el medio ambiente o la exposición a luz ultravioleta, altas temperaturas. Sin embargo, puede reducirse mediante una formulación adecuada con aditivos estabilizadores. Las inhomogeneidades estructurales resultantes influyen en las propiedades generales por lo que los reciclados son más sensibles a los efectos de oxidación adicionales que el material virgen.

La función principal de los estabilizadores durante el procesamiento o reciclado de plásticos es tanto extender la vida útil del producto como evitar tanto la degradación térmica como la inducida por la radiación que afecta la calidad del producto a lo largo del tiempo. La eficacia de los estabilizadores parece decaer con la vida útil.  

Para tratar de entender el fenómeno de estabilización. Tomemos como ejemplo el moldeo de una pieza de polipropileno sin estabilizar, que al ser sometida a un esfuerzo o estrés termomecánico durante su procesamiento experimenta una drástica degradación. Después del primer ciclo de reprocesamiento, el valor del índice de fluidez [MFI] se va al doble del valor de la fluidez del material virgen, es decir hay una sensible caída en la viscosidad del material. Sin embargo, después de que la misma muestra de material ha sido estabilizada y sometida a un reproceso, el aumento del MFI es ligero. 

Aditivos compatibilizadores

Los polímeros de diferentes estructuras no son miscibles termodinámicamente y no forman mezclas homogéneas. El polímero en alta concentración formará una fase continua, y el polímero con una baja concentración se dispersará en la matriz continua. Sin embargo, la adhesión intermolecular entre la fase continua y la dispersa es muy débil, lo que resulta en propiedades mecánicas insuficientes de la mezcla.

Para mejorar las propiedades mecánicas de las mezclas de polímeros, así como las mezclas recicladas, se utilizan compatibilizadores que modifican las interfaces del polímero al reducir la tensión interfacial en la masa fundida, estabilizando la fase dispersa aumentando la adhesión en los límites de fase evitan la de laminación.

En otras palabras, la mezcla ente materiales diferentes siempre tenderá a generar una separación de entre ellos, que, aunque en términos de procesabilidad podremos trabajarla en el extrusor o en la inyectora, pero ya en el producto terminado tenderá a de laminarse, requiriéndose pues de un compuesto como un compatibilizador para llevar a cabo la facilitación entre los materiales plásticos diferentes.

El tratar de mezclar materiales como PET y polipropileno, que son termoplásticos que tienen una estructura química muy diferente, resultan ser fuertemente incompatibles. Por lo que las propiedades mecánicas, y la adhesión de dicha mezcla incompatible resulta ser muy deficiente. Sin embargo, al utilizar un compatibilizador base un copolímero tipo anhídrido maléico, la resistencia al impacto se vio sensiblemente mejorada.

Sin duda la optimización de nuestros procesos de reciclado, no es tarea fácil, no obstante el promover una estrategia mejor pensada que incluya una mayor integración de los diferentes elementos de la cadena de valor, y una mayor conciencia del usuario o consumidor final, se podrán lograr mejoras iniciando con cambios de actitud y de una cultura de mayor compromiso ambiental.

Creo que el tema da para una segunda parte…

Referencias:

-Lamantia F. 1998 Macromol Sym. 135, 157.

-Raju Francis 2017 Recycling of polymer: methods, characterization and applications.