Estrategias para la optimización del comportamiento mecánico de mezclas de polipropileno y polietileno reciclados

Abstract

Los residuos plásticos son uno de los principales problemas ambientales en la actualidad, como consecuencia del acelerado crecimiento demográfico y los nuevos modelos de consumo de la sociedad. El manejo ineficiente que hoy se hace de los mismos (quema a cielo abierto, disposición en vertederos no controlados) genera graves problemas de salud y daños al ambiente. La separación de estos residuos en polímeros individuales es costosa y la clasificación completa es a veces imposible. Sin embargo, los residuos plásticos se podrían reciclar fácilmente en forma de mezclas de polímeros. En los últimos años surgió el concepto de desarrollo sostenible, el cual propone una profunda innovación en el diseño y producción de los distintos elementos que conforman el hábitat humano, sin perjudicar a las generaciones futuras. Una de sus premisas es la implementación de nuevos procedimientos de fabricación que permitan la reutilización de componentes para sustituir el uso de materias primas de origen natural. Por lo tanto, la recuperación de desechos poliméricos provee una motivación en franco aumento para mejorar las propiedades de mezclas de polímeros. Dos de los principales componentes poliméricos de los residuos urbanos son polietileno (PE) y polipropileno (PP). La combinación de ellos es particularmente importante porque es muy difícil separar estos polímeros entre sí en las operaciones de recuperación de residuos y su reciclado en forma de mezclas es al día de hoy, la única opción económica a nivel industrial. Las propiedades mecánicas de las mezclas están determinadas por su morfología, y ésta a su vez por la historia térmica de las piezas finales. Por otro lado, el reciclado de neumáticos fuera de uso plantea un gran desafío hoy en día para las instituciones políticas, científicas y la industria. La acumulación de neumáticos fuera de uso es un fenómeno perjudicial para el medio ambiente. El reciclado de neumáticos fuera de uso es muy difícil por la estructura química del material en forma de red debida al entrecruzamiento por vulcanizado. La hipótesis principal de la presente tesis consiste en que es posible obtener compuestos binarios o ternarios de alta performance a partir de materiales de desecho: mezclas de PP y PE, y partículas de caucho de neumáticos (GTR). Se trabajó sobre la hipótesis de que el desempeño final de las piezas conformadas depende de su morfología, generada por el proceso de mezcla y las condiciones de procesamiento. Considerando esta problemática, este trabajo de tesis adhiere a las premisas del desarrollo sostenible y propone la posibilidad de obtener un material a base de PE y PP proveniente de residuos, y modificarlo de manera de mejorar el desempeño de estas mezclas recicladas. En la tesis se presenta la caracterización de mezclas binarias y ternarias de PE/PP y PE/PP/GTR, con la incorporación de diferentes compatibilizantes y la manipulación de la microestructura de las mezclas binarias. Se describe el proceso de fabricación y se realiza la caracterización del comportamiento mecánico, al mismo tiempo que se lo correlaciona con la morfología desarrollada por el método de procesamiento. Finalmente, se fabrican piezas finales utilizando algunos materiales desarrollados durante la tesis, a modo de ejemplo de aplicación. Durante el desarrollo de esta tesis se lograron resultados significativos. A partir de la utilización de diferentes compatibilizantes comerciales, se pudo identificar un compatibilizante óptimo que permitió lograr una buena combinación de morfología con propiedades finales en mezclas PE/PP. Luego de la identificación del compatibilizante óptimo, se encontró la composición de la mezcla con el mejor comportamiento mecánico cuasi estático y dinámico, en cuanto a ductilidad, tenacidad, y repetitividad. Mediante el agregado de GTR se logró aumentar la tenacidad de esta mezcla, de composición muy similar a la de los residuos sólidos urbanos, a costo de la disminución de la rigidez. Por otro lado, mediante la manipulación de la microestructura durante el procesamiento de la mezcla PP/PE óptima, se consiguió un efecto sinérgico del compatibilizante con la microestructura, obteniendo materiales finales de alta tenacidad combinada con elevada rigidez y ductilidad. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos se concluye que es viable la obtención de un material elaborado con residuos reciclados que sea de bajo costo y que promueva el cuidado del medio ambiente incorporando desechos como materia prima. Mail de los autores Caren Rosales <caren_mdq@hotmail.com>