¿Procesando PCR? Optimice el rendimiento y la procesabilidad con estabilizadores

A pesar de las fuerzas compensatorias, como los precios más bajos de la resina virgen, continúa la fuerte demanda de contenido reciclado postconsumo (PCR) en aplicaciones como embalaje, tuberías y muebles. Una razón es el compromiso de las grandes marcas para abordar las demandas de los consumidores de productos y envases sustentables. Además, hay nuevas regulaciones que fomentan la reutilización de plásticos para apoyar la circularidad. Por ejemplo, en 2022, el Reino Unido introducirá un impuesto sobre envases de plástico para incentivar la incorporación de plástico reciclado.

Asimismo, el Consejo de la Unión Europea (UE) adoptó una directiva en 2019 que introduce las próximas restricciones a determinados productos plásticos de un solo uso. Incluye objetivos para que las botellas de plástico contengan al menos un 25% de contenido reciclado para 2025 y un 30 % para 2030.

A medida que la demanda y el uso del contenido de PCR siguen aumentando, se ha renovado el enfoque en el tema de la degradación de los polímeros.

Las propiedades del contenido PCR, como fluidez, color y contaminación, están directamente relacionadas con la estabilización adecuada, al comienzo de la cadena productiva por parte de los productores de plásticos o al final por parte de recicladores y procesadores.

Sin embargo, la reestabilización de productos de PCR ha atraído, hasta la fecha, menos atención que los mayores desafíos a los que se enfrenta nuestra economía del reciclaje, como la mejora de la educación de los recicladores y la actualización de las instalaciones de reciclaje.

En los Estados Unidos, por ejemplo, la industria del reciclaje ha invertido, y sigue invirtiendo, en nuevas tecnologías para mejorar la clasificación y la calidad de los materiales reciclados. Estos esfuerzos deberían ayudar a que la reestabilización del contenido de PCR sea más eficaz.

Si bien estas mejoras en la infraestructura son fundamentales, la estabilización de materiales PCR también es vital para permitir que la industria del plástico produzca el material PCR de alta calidad necesario para satisfacer los requisitos de las marcas. La estabilización efectiva puede:

• Mejorar las propiedades físicas y prolongar la vida útil de la aplicación final.
• Mejorar la procesabilidad del material para mantener la productividad. A su vez, unas mejores propiedades y procesabilidad pueden ayudar a:
• Aumentar el porcentaje de contenido de PCR que se puede incorporar en una aplicación determinada. 
• Ampliar la gama de aplicaciones que utilizan material PCR.

Beneficios de la estabilización de contenido de PCR

Cada vez que un polímero se calienta, se corta o se somete a un esfuerzo durante el reciclaje, su estructura molecular original puede cambiar. Estos cambios afectan propiedades físicas, como el impacto y la resistencia a la tracción. También afectan la fluidez, un factor clave en el rendimiento eficiente y el llenado completo de un molde.

Además, el reciclaje puede hacer que el color de un material cambie, lo que puede limitar las aplicaciones en las que se utiliza el material PCR. Otras propiedades visuales, como brillo o claridad, también pueden verse afectadas.

Los estabilizadores químicos pueden prevenir o minimizar estos efectos indeseables. Pueden optimizar la fluidez para un mejor procesamiento, preservar las propiedades físicas que ayudan a un mejor rendimiento de la aplicación y prevenir o minimizar la degradación oxidativa que puede provocar agrietamiento y fallas.

Es posible incorporar los estabilizadores químicos durante la fabricación de la resina, lo que permite reciclar el material virgen varias veces. Además, la estabilización se puede añadir durante la filtración del material PCR por los recicladores, que implica la fusión y limpieza de la resina para eliminar las impurezas que causan geles y manchas negras. Mantener un nivel constante de estabilizadores en su resina en cada etapa es clave para un reciclaje óptimo.

Algunos recicladores utilizan la tecnología de estabilización para mejorar la calidad de su material PCR o para satisfacer las solicitudes de los clientes, mientras que otros no, ya sea porque sus clientes no están pidiendo contenido PCR estabilizado o para evitar agregar costos a su producto en un mercado con márgenes de beneficio mínimos.

Sin embargo, la industria del reciclaje está mostrando un mayor apoyo al uso de estabilizadores.

Los estabilizadores químicos ayudan a cumplir con cuatro objetivos importantes de la Asociación de Recicladores de Plásticos (APR) para mejorar la economía circular de los plásticos: aumentar la oferta, mejorar la calidad, ampliar la demanda y comunicar el valor. La estabilización amplía los usos potenciales para el contenido PCR, debido a la mayor calidad del material frente a la resina degradada, y permite reutilizar más contenido para aplicaciones de mayor valor.

Cómo funcionan los estabilizadores

Cuando una resina es fabricada por un productor de polímeros, su estructura está altamente controlada para proporcionar una excelente consistencia en las propiedades físicas y visuales. También a menudo se acompaña de un nivel base de mezclas estabilizadoras, que permiten que estas propiedades no se vean afectadas por las duras condiciones de proceso a las que se someterá la resina durante su conversión al producto final.

Estas mezclas de estabilizadores se componen típicamente de varios componentes:

• Un antiácido que neutralizará los residuos sobrantes del catalizador de la producción de polímeros. Estos residuos pueden afectar negativamente al color y a las propiedades físicas.
• Un antioxidante primario, que está activo en el artículo procesado. Estos antioxidantes previenen la autooxidación mediante la captura de radicales libres centrados en el oxígeno que propagan la reacción en cadena de degradación.
• Un antioxidante secundario, que funciona durante la fase de fusión. Destruye los hidroperóxidos generados durante la fusión, lo que de otro modo destruiría el antioxidante primario. Los antioxidantes secundarios también ayudan a retrasar la formación de quinonas, un biproducto que cambia de color y que se forma cuando se consumen los antioxidantes primarios.

A menudo, el paquete estabilizador base solo es suficiente para un solo uso y se agota dentro del primer uso del polímero. Con un nivel insuficiente de estabilizador en el polímero, las condiciones adversas durante el reciclaje pueden degradar más agresivamente el material y dañar sus propiedades.

Mantener la productividad

Un argumento en contra del uso de contenido de PCR es el impacto potencial en los procesos de moldeo por inyección de alta velocidad, moldeo por soplado y extrusión. El material PCR con una fluidez deficiente puede disminuir el rendimiento. La adición de un estabilizador puede ayudar a prevenir este problema.

Durante el proceso de degradación oxidativa, las cadenas de polímeros cambian de maneras diferentes y negativas. Polímeros como HDPE y LLDPE tienden a entrecruzarse, elevando la viscosidad de fusión y causando artefactos como geles. En polímeros como el PP, el proceso de degradación oxidativa da como resultado la escisión de la cadena, haciendo que las cadenas PP se corten y disminuyan la viscosidad. Estos cambios en la fluidez crean problemas con el procesamiento consistente del fundido. Con la inclusión de un paquete estabilizador, se mitigan los cambios en las cadenas de polímeros y se puede esperar una fluidez más consistente.

Los paquetes de estabilizadores pueden soportar la versión actual de la resina mientras mejoran los usos futuros. Un ejemplo son las botellas de HDPE postconsumo que se clasifican, se muelen, se lavan, se secan y luego se extruyen en un pellet de fusión fraccionada.

Para aumentar el flujo de HDPE de fusión fraccionada, se pueden utilizar estearatos metálicos como estearato de calcio y estearato de zinc que tienen propiedades lubricantes. Estos aditivos tienen el beneficio añadido de ser grandes recuperadores ácidos, ayudando a proteger los sistemas estabilizadores y prevenir la corrosión de los equipos.

Mantener la reciclabilidad

Una preocupación sobre el uso de estabilizadores son los posibles efectos de contaminación que pueden tener en la reciclabilidad. Como era de esperar, muchas partes interesadas son cautelosas a la hora de contaminar la corriente de reciclaje, y los grupos de la industria trabajan continuamente para proporcionar directrices prácticas. Sin embargo, los aditivos se están convirtiendo en una herramienta cada vez más valiosa para los usuarios de material reciclado.

Muchos aditivos se pueden utilizar a niveles razonables durante la producción de resina permitiendo que el material sea reciclable. Estos aditivos incluyen estabilizadores, agentes nucleantes, lubricantes y modificadores de impacto.

Ampliación de aplicaciones

Un beneficio importante de la estabilización del contenido de PCR es ampliar las posibilidades de aplicación. Con una estabilización eficaz, el material PCR se puede utilizar en aplicaciones de mayor valor en lugar de reciclarse en piezas de bajo valor.

Por ejemplo, la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) adoptó nuevas especificaciones para tener en cuenta los posibles modos de falla de tuberías de HDPE corrugadas que incorporan contenido reciclado. Las nuevas especificaciones ahora incluyen un requisito para una duración mínima del tiempo de inducción oxidativa, una medida del nivel de estabilización presente en una resina. La Asociación reconoció que era necesaria la estabilidad de los polímeros para evitar fallas químicas en estas tuberías, o de lo contrario el uso de HDPE reciclado sería una desventaja. La adición de estabilizadores ayuda a los recicladores de HDPE a cumplir con estos estrictos requisitos y fomenta el uso de HDPE reciclado en tuberías de drenaje al permitir su larga vida útil.

Otro ejemplo son los compuestos de plástico de madera, que han sido una historia de éxito tradicional para las poliolefinas recicladas.