REFUPLAS: Mejora de propiedades en poliolefinas recicladas y PET mediante el uso de refuerzos funcionalizados

Contexto

Gracias a su combinación de bajo coste, durabilidad, versatilidad y una elevada relación resistencia/peso, los plásticos se han convertido en una pieza clave en sectores como el envase y embalaje. Esto se ve reflejado en un aumento exponencial de su producción mundial en el que el packaging supone de lejos el que más demanda de plásticos tiene, representando en 2019 un 39,6% del volumen total (datos de Plastics Europe) y empleándose como principales polímeros el polietileno (PE), el polipropileno (PP) y el polietilentereftalato (PET).

También es precisamente este sector en el que los plásticos tienen una menor vida útil y se convierte en residuo tras un primer y corto uso, generando una gran cantidad de residuos que acaban en muchas ocasiones en el vertedero o plantas de incineración. Ello es debido a que presentan una serie de obstáculos a la hora de ser reutilizados/reciclados como su degradación, su composición heterogénea (presencia de diferentes plásticos mezclados o en forma de multicapas), así como la presencia de otros materiales no poliméricos tales como materia orgánica en descomposición, papel, cartón y vidrio, lo que conlleva a problemas a la hora de procesar el material e insuficientes propiedades.

Por todo ello, los plásticos representan una de las cinco áreas prioritarias que se abordan en el Plan de Acción de la Unión Europea (UE) para la Economía Circular, el cual pretende conseguir que en 2030 todos los envases de plástico del mercado de la UE sean reutilizables o puedan ser reciclados de un modo rentable. Para alcanzar este objetivo, el año pasado se publicó la Directiva 2018/852, que establece los mínimos de reutilización y reciclado de residuos plásticos para medio y largo plazo siendo el 50% para 2025, 55% para 2030 y el reciclado de un mínimo del 70% en peso de todos los residuos de envases .

También es inminente la aprobación en España de la Ley de Residuos y Suelos Contaminados que traspondrá dos directivas comunitarias, la 2018/851 relativa a residuos y la de 2019/904, relativa a la reducción de determinados productos de plástico en el medio ambiente. Esta ley define, además, una tasa específica para envases de plástico no reutilizables, la cual determina unos costes a sufragar por peso de material, los cuales se verán reducidos al introducir material reciclado.

Resumen y objetivos

El objetivo general del proyecto REFUPLAS es el desarrollo de nanocomposites reciclables basados en poliolefinas recicladas y en PET virgen y su validación en aplicaciones de uso no alimentario (pallets, jerricanes) y aplicaciones de uso alimentario (botellas), respectivamente.

Para la consecución de este objetivo, se definen las siguientes líneas de actuación:

1. Poliolefinas recicladas (PP, HDPE) para aplicaciones de uso no alimentario (pallets y jerricanes): Debido a su estructura, los plásticos son susceptibles a la degradación, lo que tiene consecuencias negativas sobre sus propiedades. En el caso de materiales reciclados, los principales problemas que dificultan su transformación y venta posterior son la presencia de contaminantes y las bajas propiedades.

Por ello, en REFUPLAS se plantea el desarrollo de nuevas formulaciones a partir de material reciclado (PP, HDPE) y refuerzos funcionalizados y/o aditivos, que permitan obtener un compuesto final con propiedades similares al material virgen. Se investigará en diferentes tecnologías de funcionalización ecoeficientes de refuerzos y en la optimización de la dispersión de los distintos refuerzos y aditivos en PP y HDPE reciclado mediante compounding para la obtención de pallets y jerricanes, respectivamente.

2. PET virgen para envases de uso alimentario (botellas): Entre los materiales reciclados más empleados en el sector del envase, en el sector de bebidas, destaca el PET reciclado (58% del reciclado de botellas comercializadas).

Con el fin de ofrecer alternativas con menor coste económico de materiales de envase se han promovido distintas estrategias. En el caso de ITENE, los últimos años se ha estado trabajando en la mejora de las propiedades mecánicas y barrera del PET para conseguir reducir el impacto que generan sus residuos sobre el medio ambiente mediante la reducción de peso del envase.  Este trabajo ha dado lugar a la publicación de una patente que recoge el proceso de modificación de una arcilla natural y el proceso de obtención del compuesto desarrollado con la misma, para alcanzar unos resultados óptimos y novedosos de propiedades mecánicas y barrera a partir de la misma para botellas de PET.

A partir de esta patente, en este proyecto se trabajará en el escalado del proceso de modificación de la arcilla y del proceso de compounding en una matriz de PET virgen para la obtención mediante inyección-soplado de botellas, las cuales se evaluarán desde el punto de vista de seguridad alimentaria.

Estos desarrollos permitirán ampliar cuota de mercado ya existente e incluso abrir mercados con mayor valor añadido.

Resultados

Línea de actuación 1: Poliolefinas recicladas para aplicaciones de uso no alimentario (pallets y envase para mercancías peligrosas).

Se ha trabajado en el desarrollo mediante compounding de nuevas formulaciones a partir de material reciclado -polipropileno (PP) y polietileno de alta densidad (HDPE)- y refuerzos funcionalizados y/o aditivos. Con ello se han solventado las limitaciones asociadas a dichos materiales reciclados -la presencia de contaminantes y las bajas propiedades del material- que dificultan su transformación y venta posterior, y obtener un compuesto final con propiedades similares al material virgen:

– Se han desarrollado composites de PP reciclado posconsumo para la fabricación de pallets de plástico con propiedades mecánicas y de procesabilidad (reológicas) mejoradas para las que se ha empleado el procesado mediante extrusión reactiva y el diseño de configuraciones de husillo específicas para el proceso de compounding con las que se ha mejorado su procesabilidad mediante un aumento alrededor de un 8% en la fluidez del material, favoreciendo de este modo el proceso de inyección. Asimismo, mediante el empleo de refuerzos se ha obtenido un aumento en la rigidez del material de hasta un 74% del módulo de flexión, manteniendo al mismo tiempo una flexibilidad adecuada. Así, los pallets en los que se ha aplicado el PP reciclado tienen mejores prestaciones para soportar cargas o para resistir los impactos y choques que pueden sufrir durante su manipulación.

– Por su parte,  con HDPE reciclado se han desarrollado composites con prestaciones mejoradas para la obtención de envases para mercancías peligrosas mediante técnicas de extrusión-soplado de cuerpo hueco. Mediante el empleo de aditivos y refuerzos, se ha conseguido modificar el material, aumentando la resistencia a la fisuración o stress cracking (entre un 385-725%) que puede ser causada por los compuestos químicos contenidos en el envase o por las tensiones mecánicas del propio material. La metodología de aditivación empleada y la nueva configuración de husillo diseñada han proporcionado composites con propiedades mecánicas mejoradas que logran un aumento de la flexibilidad (hasta un 74% en la elongación a la rotura) y una mejora de la rigidez (hasta un 53% en el módulo de flexión ).

Línea de actuación 2: PET virgen para envases de uso alimentario (botellas).

–  Se ha optimizado el proceso de modificación de una arcilla patentada por ITENE, consiguiendo reducir en un 40% los tiempos y aumentar un 6% el rendimiento del proceso de modificación. A su vez, se han obtenido nuevos nanocomposites mediante configuraciones de husillo específicas que logran una mejora en la dispersión de la arcilla modificada en el PET en procesos de compounding.

– Estos nanocomposites se han aplicado a la fabricación de botellas con fines de uso alimentario mediante procesos de inyección-soplado, obteniendo un aumento de la resistencia mecánica a la compresión del 20% y una reducción a la permeabilidad de entre 15-20%, tanto al oxígeno como al vapor de agua a 23ºC y 50% de humedad relativa. Esta mejora de propiedades permitirá reducir la cantidad de material virgen empleado por unidad de envase, con la consiguiente reducción de la huella de carbono.

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