Reciclado de compuestos polímero termoplástico/fibra: desarrollo de parámetros de calidad para la fabricación de nuevos productos

Abstract

Los materiales compuestos de matriz polimérica reforzada con fibras cortas de vidrio presentan una combinación de propiedades que ofrecen ventajas para el reemplazo de materiales en distintas aplicaciones. Como consecuencia, en los últimos años, su producción ha aumentado drásticamente, así como la cantidad de materiales de desecho. La recuperación de desechos plásticos ha adquirido una importancia creciente y en los últimos años se han llevado a cabo considerables investigaciones destinadas a resolver el problema de su eliminación que buscan como resultado obtener beneficios económicos y ambientales. Las tendencias globales revelan una progresión general y una preferencia por productos ecológicos, energéticamente eficientes y sostenibles. Esta tendencia, por lo tanto, requiere un cambio de la dependencia de los materiales tradicionales, como el aluminio y el acero, por alternativas más económicas y sostenibles, como los compuestos reforzados con fibras. Estos compuestos están ganando aplicaciones importantes en los campos de la construcción, la medicina, la automoción, la aviación y la marina. El eslabón perdido necesario para completar el ciclo de sostenibilidad de estos compuestos es el reciclaje al final de su vida útil. El reciclaje mecánico de Polipropileno (PP) se puede llevar a cabo mediante la molienda de material postconsumo, seguido de extrusión y peletización. Esta solución no requiere modificación del polímero, pero luego de varios ciclos las propiedades del polímero reciclado se deteriorarán. Como consecuencia será necesario encontrar aplicaciones con requisitos más bajos en relación a las propiedades mecánicas del material reciclado. En este proceso de reciclado, cuanto mayor es la exposición a altas temperaturas y cizallamiento intensivo se pueden desencadenar efectos térmicos, termo-oxidativos y la degradación termo-mecánica del polímero. El objetivo general de este trabajo es analizar el efecto de los ciclos de extrusión que simulan el reciclado de un material compuesto de matriz polimérica termoplástica reforzada con fibras cortas de vidrio. Para ello, se analizó el impacto del reprocesamiento sobre el comportamiento reológico, propiedades térmicas, ruptura de fibras y propiedades mecánicas finales. A su vez, se estudió el efecto de la composición material virgen/reciclado sobre las propiedades finales del compuesto para desarrollar parámetros de calidad del producto en función de los ciclos de extrusión/reciclado y de la composición material virgen/reciclado. El resultado del estudio revela que la tasa de ruptura de fibras disminuyó con los ciclos de reprocesamiento debido a la menor probabilidad de ruptura relacionada con la disminución de la longitud del refuerzo. A partir de la evolución de las propiedades mecánicas con el avance de los ciclos de procesamiento se estableció una correlación de la longitud de fibras con las propiedades mecánicas en tracción uniaxial. Se llevó a cabo el análisis de los parámetros que causan la degradación del polímero y la consecuente pérdida de propiedades mecánicas. En relación al análisis morfológico, se concluyó que uno de los principales efectos sobre el cambio en las propiedades se ve asociado a la disminución de la longitud de fibra durante el reprocesamiento. La caracterización reológica mostró que a partir del primer ciclo de extrusión se observan cambios significativos en las condiciones de flujo que se atribuyen a la disminución del peso molecular y de la longitud de fibra. Finalmente, a partir del diseño de parámetros de calidad se determinó que mezclando 75% en peso de material virgen con 25% de material reciclado no modifica significativamente las propiedades mecánicas ni térmicas del producto final sin importar el número de ciclos de reprocesamiento al que haya sido sometido la porción de material reciclado. A partir de este resultado se concluyó que este material mantiene las características necesarias para ser utilizado en las mismas aplicaciones que el material virgen sin cambios significativos en la calidad del producto final. Aún así, el comportamiento reológico se modificó en forma significativa con el agregado en la composición de un 25% de material reciclado lo cual implicaría que deban realizarse cambios en los parámetros de procesamiento al formular material virgen con reciclado Mail autores De Angelis, Jessica (jessideangelis@gmail.com)