Mezcla de PCR en extrusoras monotornillo: desafíos y soluciones

Recibo muchas preguntas de los procesadores de extrusión sobre si pueden procesar reciclado posconsumo mixto (PCR) en sus extrusoras de un solo husillo. Con esas preguntas en mente, aquí hay algunas consideraciones que se deben recordar si se planea este tipo de extrusión.

La limpieza es lo primero

En primer lugar, los residuos deben estar limpios, no solo de contaminantes sólidos, sino también de aceites, lubricantes y productos químicos residuales. Dicho esto, incluso el procesamiento de residuos plásticos mixtos completamente limpios con un solo tornillo tiene limitaciones. No es como alear metales.

A diferencia de estos, en los que la mezcla de diferentes metales mediante fusión puede dar lugar a aleaciones que pueden mejorar sustancialmente el rendimiento, muchos plásticos simplemente no son miscibles entre sí debido a su estructura molecular.

Procesamiento de polímeros cristalinos y amorfos en reciclaje

En general, los polímeros amorfos se pueden extruir más fácilmente en productos viables que los polímeros cristalinos, porque las resinas amorfas no tienen una estructura cristalina que bloquee la mezcla. Sin embargo, los polímeros amorfos constituyen una parte tan pequeña del flujo de PCR que son relativamente intrascendentes para el reciclaje.

Para obtener los mejores resultados posibles en la extrusora de un solo tornillo, independientemente de los polímeros involucrados, hay que asegurarse de que la mezcla de residuos limpios esté finamente molida y bien mezclada antes de alimentarla a la extrusora. Los tornillos simples son dispositivos de flujo continuo que tienen una capacidad de redistribución muy limitada.

En otras palabras, el polímero fundido no “chapotea” en el tornillo como un fluido. La mezcla redistributiva se limita prácticamente al volumen de un canal. Esto significa que la mezcla mejorada debe basarse en partículas muy pequeñas y bien mezcladas que entren en la extrusora. Tratar de eludir esas restricciones limitará, en gran medida, la posibilidad de una mezcla con un solo tornillo.

Mejorando la mezcla de polímeros con secciones de mezcla

¿Qué pasa con el uso de secciones de mezcla múltiples y agresivas para mejorar la mezcla? Por lo general, estos dispositivos dividen la masa fundida en muchas trayectorias de flujo y aumentan el esfuerzo de cizalla en la masa fundida del polímero.

Eso puede proporcionar una mezcla “macro” de los diversos polímeros en la masa fundida. Pero, una vez más, muchos polímeros no son simplemente miscibles con otros polímeros e, incluso, una mezcla con cizallamiento extremadamente alto no puede forzarlos a unirse.

Además, dado que las secciones de mezcla siempre se colocan donde el polímero está mayoritariamente (o totalmente) fundido, su propósito es dividir y cizallar aún más la mezcla. Eso crea una resistencia al flujo, o una caída de presión, que reduce el rendimiento de la extrusora y eleva la temperatura de fusión.

A pesar de esa extensa división y cizallamiento, una masa fundida viscosa tiene poca capacidad para dividir las partículas más grandes en trozos más pequeños. En cambio, simplemente cambian su forma para pasar a través del dispositivo de mezcla debido a la cizalla aplicada, pero en gran medida conservan su tamaño.

Aplicar un cizallamiento por igual a la mezcla de polímeros es muy difícil, ya que varían enormemente en viscosidad a temperaturas similares. Eso significa que la parte de menor viscosidad recibirá algo de redistribución y esfuerzo de cizalla, pero la parte de mayor viscosidad “flotará” en la parte de baja viscosidad.

Es como tratar de mezclar grasa con agua. Diferentes polímeros a la misma temperatura pueden variar en viscosidad hasta en 10:1, lo que hace que la incorporación de un polímero a otro sea extremadamente difícil, incluso si existe cierta compatibilidad.

Otras consideraciones

Las diferencias en las propiedades de los polímeros son tan amplias que toda una serie de propiedades, como el punto de fusión, la densidad, la contracción, el calor específico y muchas propiedades mecánicas, afectan a los componentes de una mezcla. Por lo tanto, es difícil obtener una “aleación”, incluso si se pudiera mezclar con éxito.

Cualquier discontinuidad en la mezcla final suele comprometer las propiedades mecánicas de la pieza extruida. Dicho esto, muchos polímeros amorfos diferentes se pueden mezclar con éxito. Incluso algunos polímeros cristalinos se pueden mezclar fácilmente debido a la similitud de su composición molecular.

Por ejemplo, el LLDPE y el HDPE se pueden mezclar sin alto cizallamiento para hacer una mezcla sin limitar el rendimiento. Pero algunos polímeros amorfos, como el PVC, no se pueden mezclar con la mayoría de polímeros sin que se produzca una gran pérdida de propiedades y una degradación, sin una mejora sinérgica en las propiedades.

Los desarrollos actuales en la fabricación aditiva han revelado mucho sobre las características de compatibilidad de diferentes polímeros. Una referencia a sus tablas de soldabilidad para diferentes polímeros es un buen punto de partida para ver si la mezcla que está considerando tiene el potencial para mezclarse.