Repensar la inyección de materiales plásticos reciclados

Empecé en esta industria en 1994 en Cherry Electrical Products, en su división de moldeo de dispositivos de control, como operador de máquinas en el tercer turno. El título de operador era un poco exagerado. Esencialmente, como muchos operadores de esta industria, no era mucho más que un empacador y clasificador. Poco después de empezar me dieron la oportunidad de convertirme en un trabajador de servicio, que no era más que la forma como Cherry decía que era un manipulador de materiales.

Mi trabajo consistía en asegurarme de que el material estuviera seco y las tolvas llenas. Todos los productos de Cherry podían funcionar con un 25 % de remolido y como casi todos nuestros moldes eran de canal frío, el remolido era algo que nunca nos faltaba. Ahora bien, cuando digo 25 % de remolido, no hablo de un mezclador gravimétrico que suministra casi la cantidad exacta de remolido al cargador, como en la actualidad. Hablo de que yo mezclaba a mano lo que parecía casi un cuarto de un cubo de 5 galones de remolido con resina virgen vertida encima.

Yo introducía las manos en el cubo y lo mezclaba lo mejor que podía antes de verterlo en la tolva de la máquina o del secador. A continuación, tomaba ese mismo cubo y lo deslizaba bajo la tolva del secador y abría la compuerta para permitir que se llenara con la mezcla recién secada de triturado y virgen. Cuando iba a las trituradoras y las vaciaba, empezaba a notar que el material triturado se pulverizaba.

El plástico empezaba a parecerse menos a un pellet y más a un polvo coloreado. Por supuesto, en ese momento no teníamos ningún concepto de control de la generación (seguimiento del historial del calor y proceso de los plásticos), solo sabíamos que había que vaciar todas las trituradoras y mezclar el material triturado con el virgen al final de nuestro turno. A medida que introducíamos más y más material en polvo en el proceso, empezaba a notar un aumento de lo que llamábamos “disparos calientes”.

Esto ocurría cuando se filtraba material por el molde (rebaba) debido a la degradación de la resina. Limpiar esto podía tardar horas y a veces era necesario enviar el molde al taller.

Hay que tener en cuenta que se trata de resinas de grado técnico y que no son tan tolerantes como el polietileno o el polipropileno. Antes solíamos culpar a los técnicos de proceso por los “disparos calientes” porque no purgaban la máquina lo suficiente entre las interrupciones del ciclo. Esto era verdad hasta cierto punto, pero con el tiempo me di cuenta de que si aumentaba la cantidad de material remolido, se reducía el tiempo de inactividad necesario para producir “disparos calientes”.

Entonces empecé a descartar el material en polvo. Cuando me dijeron que no podía hacerlo, decidí que simplemente no lo usaría. Habíamos usado gaylords donde poníamos nuestro exceso de remolido, así que tiraba en ellos cualquier remolido en polvo. Esto no eliminó por completo el problema, pero lo redujo de manera significativa. 

A los pocos meses de empezar en esta industria, vi de primera mano cuánto podía afectar el remolido al proceso de inyección y cómo esos impactos eran negativos para la calidad de la pieza, el estado del molde y la repetibilidad del proceso. Probablemente todos tenemos docenas de ejemplos de lo que puede ir mal cuando se usa remolido. A lo largo de los años he encontrado teléfonos móviles (en muchas piezas), barras de latón, martillos, una bota, todo tipo de envases de bebidas y mucho más en las trituradoras o molinos.

En el sector médico no se usa mucho el remolido, pero en los que sí se usa, la mayor parte del material extraño se separa mediante sistemas de filtración y detección de metales. Sin embargo, fuera de la industria médica, no he visto moldeadores que apliquen este tipo de filtración a su remolido. Por eso, la mayoría de las cosas interesantes en los molinos, las hallé al intentar solucionar problemas de calidad de la pieza.

Esa palabra que empieza con ‘R’

Al igual que para muchos de nosotros en la industria, el remolido se convirtió en una mala palabra para mí y pasé mucho tiempo demostrando los beneficios de no utilizarlo, tanto desde el punto de vista de los costos como de la calidad. Recuerdo que me esforcé por encontrar un método para hacer un seguimiento de las generaciones del remolido, pero cuando se utiliza una mezcla como el 25 %, es casi imposible hacerlo. Desde el punto de vista de los costos, no valía la pena, pero esa era la forma equivocada de verlo.

El impacto medioambiental de la eliminación de toda esta resina debería haber sido la prioridad número uno. Encontrar formas de utilizar los materiales usados y mantenerlos fuera de los vertederos debería haber sido mi motivación, pero yo, como muchos, me centré en el problema que podía ver.

Si avanzamos hasta 2021, todo el mundo intentaba integrar algún tipo de resina reciclada en sus productos. Los clientes, que en un momento dado declararon enfáticamente que no se permitía el uso de remolido en sus productos, ahora intentan utilizar resinas recicladas en todas sus líneas. El PCR (reciclaje posconsumo) y el PIR (reciclaje posindustrial) se han convertido en los principales focos de atención de nuestra industria.

El remolido clasificado como PIR significa que se recicló en la planta de fabricación (por lo general). Esto difiere del PCR, que es una resina reciclada después de su uso por el consumidor.

Todos los miembros de la industria estamos muy interesados en reducir los residuos en la medida de lo posible, pero el hecho de dar un nombre más interesante al remolido no cambia muchos de los problemas que teníamos con él antes de que se intensificara el enfoque del reciclaje.

Para que quede claro, el remolido en la planta es solo un tipo de PIR. No todos los PIR son piezas de desecho remolidas y canales fríos. El PIR también puede ser desperdicio reprocesado de múltiples fuentes industriales. Hay varias instalaciones de reciclaje que pueden tomar su desperdicio y convertirlo en resina casi virgen. Este es el mismo proceso por el que pasa el PCR, en el que los plásticos reciclados se reprocesan con aditivos a través de extrusoras y se granulan para obtener una resina granulada que cumpla las especificaciones de la resina virgen.

Evidentemente, es una visión simplificada de este proceso, pero se supone que este material se podrá procesar de forma idéntica al material virgen. Por supuesto, esto añadirá un costo adicional al manejo del remolido, pero aun así debería ser mucho menor que la propia resina virgen.

Hace poco estuve en una fábrica que hace exactamente lo que describo arriba y me impresionó el nivel de reciclaje que se lleva a cabo. Los sistemas de filtración presentes garantizan que no se introduzca ningún material extraño (ME) en el sistema y pueden separar tanto el metal de los procesos de remolido como el ME del proceso de extrusión.

Este reciclador también utilizaba papel periódico y fibra de vidrio como rellenos para algunas de sus resinas, lo que significa que el reprocesamiento de la resina usada no solo evitaba que el plástico entrara en el vertedero, sino que también mantenía estos otros materiales fuera de él. Me sorprendió todo el flujo de reprocesamiento de principio a fin. Mi única preocupación con los materiales remolidos, al igual que con cualquier remolido, era poder tener algún tipo de control de generación.

Seguimiento de las generaciones

Cada ciclo térmico que experimentan los plásticos, incluidos los compuestos, es un paso de degradación. Cada paso reduce las propiedades de una resina y perdemos parte de la funcionalidad deseada del material.

Una vez escribí: “Nuestro trabajo como procesadores es minimizar la degradación en la medida de lo posible”, y pasar el material remolido por una extrusora para devolverlo a la forma de pellets requiere un paso de degradación adicional. Además, el hecho de no conocer la generación del remolido significa que no sabemos cuántas veces se ha vuelto a remoler esa resina y es casi imposible hacer un seguimiento eficaz de este aspecto, más aún si se utiliza una relación virgen/remolido.

Entonces, ¿qué se puede hacer para garantizar que la resina remolida con una cantidad crítica de degradación no se está utilizando para moldear piezas?

Esto me hizo pensar que lo mismo podría decirse del PIR y PCR. ¿Cómo puedo saber si estos materiales tienen características comparables a las del material virgen, en el caso del PIR, o si el PCR que estoy utilizando cumple las especificaciones del material virgen? Estas cuestiones van a suponer un reto aún mayor que hace años, con toda la presión actual para reducir nuestro impacto medioambiental mediante el uso de resinas recicladas.

Supongo que si uno tuviera un laboratorio totalmente equipado para probar los materiales reciclados aumentaría la probabilidad de que estos materiales tuvieran un rendimiento comparable al de los vírgenes. Pero como no se puede probar todo, no hay garantía de que no se haya introducido alguna contaminación. Un laboratorio no puede probar el 100 % del material, pero la máquina de moldeo por inyección sí.

Confíe en el proceso

El primer paso es, como escribí antes, desarrollar un proceso robusto y repetible. Esto debe hacerse con material 100 % virgen. No se puede utilizar la resina reciclada para el desarrollo del proceso ni se debe intentar establecer un proceso independiente con la resina reciclada si se pretende sustituir el material virgen. Si ha leído alguna de mis columnas, sabrá que soy un gran partidario de desarrollar límites de proceso estrictos para todos los productos una vez establecido el proceso.

Deje que su desarrollo procese algunos lotes diferentes de resina virgen y registre sus salidas a lo largo del tiempo para identificar la variación normal de la máquina cuando se procesa el material virgen. Los límites del proceso deben ser lo suficientemente grandes como para tener en cuenta la variación normal y deben establecerse para todos los resultados del proceso, incluida la presión de inyección. He dicho muchas veces que tenemos que dejar de pensar que nuestra presión de inyección “debe variar”. No debería variar fuera de la desviación normal que hemos establecido.

El hecho de que la máquina sea capaz de aumentar o disminuir la presión de inyección en función de la viscosidad del material, no significa que no deba ser controlada. Cuando esto ocurre, significa que algo ha cambiado para provocarlo. Algo en el proceso general ha hecho que la viscosidad del material cambie significativamente y no debemos ignorarlo solo porque la máquina pueda ajustarse a ello.

Si nuestra resina reciclada funciona dentro de los límites del proceso que hemos establecido, sin ningún cambio en el proceso, tendremos la seguridad de que sus características están dentro del rango del material virgen. Si nuestra presión de inyección aumenta o disminuye de manera significativa, sabemos que el nivel de viscosidad de nuestra resina ha cambiado, haciendo que sea más fácil o difícil de llenar. Esto no significa necesariamente que nuestra resina reciclada sea el problema, pero con una rápida revisión podemos eliminar las otras causas y reducirlo al material.

En ese momento, este lote puede separarse de los demás y las pruebas pueden confirmar nuestras sospechas. Si tengo la capacidad de desviar en forma automática una inyección cuando se sale de los límites establecidos del proceso y de emitir una alarma después de que esto ocurra un número predeterminado de veces, puedo utilizar mi máquina de inyección para asegurarme de que la resina reciclada que estoy utilizando es la que esperábamos.

Es importante que todos hagamos lo que podamos para reducir el impacto de nuestra industria en el medioambiente, pero no tenemos que sacrificar la calidad de las piezas para hacerlo, siempre que llevemos a cabo un proceso robusto y repetible.