Estabilidad del proceso en el uso de materiales reciclados Cómo los aditivos inteligentes están revolucionando el proceso de fabricación

Los aditivos hiperramificados optimizan el procesamiento del material reciclado, ya que controlan las fluctuaciones de viscosidad y amplían considerablemente los márgenes de proceso. Estos aditivos inteligentes reducen el consumo de energía y las tasas de desechos, y permiten incluso un suprarreciclaje de alta calidad.

El uso de material reciclado se está consolidando cada vez más como una norma de actuación. Si hasta ahora las empresas apostaban por el uso voluntario de material reciclado postconsumo (PCR), ahora el legislador está impulsando activamente —aunque de forma gradual— el cierre de los ciclos. En aplicaciones exigentes, esto puede provocar escasez de material, como demuestra el Reglamento de la UE sobre vehículos al final de su vida útil. El material reciclado mecánicamente sigue planteando retos técnicos de proceso a los extrusores y a los fabricantes de moldes de inyección.

Entre los mayores obstáculos se encuentran las fluctuaciones en la viscosidad del material fundido, derivadas de flujos de material no homogéneos, así como la degradación térmica del material durante el procesamiento. No es posible garantizar la estabilidad del proceso debido a presiones inestables y/o a una fluidez limitada, lo que da lugar a mayores índices de desechos o a un rendimiento poco rentable.

La solución la aportan los aditivos de alto rendimiento, que actúan de forma específica sobre el comportamiento reológico de la masa fundida. Hasta ahora, las soluciones clásicas consistían principalmente en romper o acortar las cadenas poliméricas para aumentar su movilidad y, con ello, su fluidez. También se pueden añadir estructuras de bajo peso molecular que mejoren el comportamiento de deslizamiento y actúen bien de forma intrínseca en la masa fundida, bien en las superficies y paredes de las máquinas y herramientas. Aunque estos enfoques ofrecen soluciones a corto plazo, dificultan una gestión sostenible.

Los aditivos hiperramificados como nuevo enfoque

El objetivo de aumentar la movilidad de las cadenas también lo persigue el enfoque basado en aditivos hiperramificados, que mantienen intacta la estructura del material de destino y actúan únicamente en la masa fundida. Su estructura en forma de copa de árbol permite, al actuar como una estructura cuasi esférica similar a un rodamiento de rodillos, reducir la fricción entre las cadenas poliméricas en la masa fundida.

De este modo, la viscosidad de la masa fundida disminuye sin que se vean alteradas las demás propiedades físicas. Dado que los aditivos no migran, este efecto seguirá estando presente de forma intrínseca en futuros procesos de fusión. No compiten con otros aditivos de proceso (por ejemplo, los modificadores de la resistencia al impacto) ni reducen sus efectos sobre el producto final. Por el contrario, favorecen la homogeneidad de la masa fundida y garantizan asimismo un llenado completo del molde.

El reciclaje de parachoques como ejemplo práctico 

A continuación, un ejemplo práctico a modo de ilustración:  En el marco del Reglamento de la UE sobre vehículos al final de su vida útil, es posible reciclar, por ejemplo, parachoques de polipropileno (PP) y caucho de etileno-propileno-dieno (EPDM). Si se desea procesar un parachoques de este tipo como material reciclado, primero se le retira la pintura y, a continuación, se trata con peróxidos, que degradan las cadenas poliméricas. De este modo, el componente de PP se vuelve más fluido, mientras que el de EPDM se reticula y aumenta su viscosidad. Los perfiles de fluidez heterogéneos dificultan una combinación adecuada como material reciclado. Un aditivo hiperramificado —en definitiva, un polímero— hace que el uso de peróxidos resulte innecesario.

Independientemente del material, el ajuste de perfiles de viscosidad bien definidos mediante el uso de estos aditivos especiales da lugar a una ventana de proceso más amplia, ya que la mejor fluidez permite reducir las presiones de inyección. Asimismo, se observa sistemáticamente una reducción de las temperaturas de procesamiento en los más diversos escenarios. Ambos factores dan lugar, en función de la gestión del proceso y de los objetivos, a un menor consumo energético y a una reducción del tiempo de ciclo. La ampliación de la ventana de proceso permite utilizar nuevos materiales para aplicaciones que hasta ahora quedaban fuera del espectro viable.

En general, gracias a su carácter integrador, el uso de aditivos hiperramificados supone un aumento del valor tanto de la materia prima virgen como de los materiales PCR y PIR. Pero, sobre todo en materiales como el rPET o el rPMMA, un aditivo bien estructurado puede compensar las diferencias en el procesamiento térmico mediante la homogeneización del material y reducir los altos puntos de fusión gracias a una mayor flexibilidad de las cadenas poliméricas.

Polytives apuesta por los aditivos poliméricos. ¿En qué se diferencian sus soluciones, tanto desde el punto de vista tecnológico como en cuanto a su modo de acción, de los masterbatches clásicos o de los aditivos de bajo peso molecular?

Efectos cuantificables: mayor calidad, menos desperdicio

La empresa Polytives es líder en la fabricación de polímeros hiperramificados y ha demostrado, en varios casos prácticos, la optimización de procesos y materiales gracias a sus aditivos. A continuación se analizarán dos de estos estudios:

En colaboración con Pekutherm Kunststoffe, Sitraplas y Polytives se logró aumentar significativamente la tasa de volumen de fusión (MVR) de las placas de PMMA destinadas a una aplicación de consumo. Si bien la masa de rPMMA, sin añadir el aditivo bFI A 3745, solo era apta para trabajos de extrusión, tras añadir el aditivo (dosificación: 3-5 %) se pudo alcanzar la calidad necesaria para el moldeo por inyección. En sentido estricto, no solo se logró un reciclaje, sino un «upcycling» —un procedimiento que resulta especialmente eficaz cuando se pretende minimizar la huella de CO₂ de un producto de plástico mediante la incorporación de material reciclado.

En un estudio realizado por los socios Brac-Werke, Nordmann, Rassmann y Polytives, se logró adaptar un molde ya existente para su uso con rPET. En condiciones estándar, el molde no se llenaba por completo. Aumentar la presión no era una opción, ya que se observaban sobreinyecciones, en algunos casos considerables, en la entrada de la inyección. También en este caso bastó con una dosificación baja, de un solo dígito, del polímero hiperramificado para que la masa de moldeo adquiriera la fluidez necesaria, de modo que —manteniendo todos los demás parámetros— se pudo reducir la presión de inyección hasta en un 25 %.

El uso de materiales reciclados como fuente de materia prima se intensificará notablemente en los próximos años. Los polímeros hiperramificados pueden aportar a los transformadores una ventaja decisiva: ventanas de proceso ampliadas gracias a presiones y temperaturas más bajas, lo que permite procesos más suaves y energéticamente eficientes con menos desperdicio. La interacción entre el plástico, los aditivos y el proceso permite así desarrollar y fabricar productos sostenibles y rentables.

Nuestros aditivos son, en sí mismos, polímeros

Entrevista con Viktoria Rothleitner, fundadora y directora general de Polytives

Polytives apuesta por los aditivos poliméricos. ¿En qué se diferencian sus soluciones, tanto desde el punto de vista tecnológico como en cuanto a su modo de acción, de los masterbatches clásicos o de los aditivos de bajo peso molecular?

Viktoria Rothleitner: Nuestros aditivos poliméricos son, en sí mismos, materiales de alto peso molecular y actúan físicamente mediante la modificación selectiva de la viscosidad del fundido, no a través de reacciones químicas. A diferencia de los masterbatches clásicos, no necesitan un sistema portador, no migran y conservan íntegramente las propiedades del material.

¿Cuándo resulta rentable, desde el punto de vista económico, el uso de sus aditivos para una empresa mediana dedicada al moldeo por inyección o a la extrusión?

Rothleitner: A eso solo se puede responder con un «depende», ya que el cálculo de cada fabricante es muy específico. Sin embargo, en la práctica se aprecia rápidamente una ventaja en los costes unitarios, por ejemplo, gracias a reducciones del tiempo de ciclo de entre el 20 % y el 30 %, o cuando los materiales pueden procesarse de forma rentable por primera vez o pueden trabajarse con las máquinas y herramientas existentes.

El reto del rPMMA y el rPET: estos materiales se consideran las «divas» del reciclaje. ¿Cuál es la clave para lograr en este caso una estabilidad del proceso que se acerque a la de la materia prima virgen?

Rothleitner: La clave está en reducir de forma selectiva la viscosidad de la masa fundida durante el procesamiento, sin degradar el propio material. De este modo, es posible procesar de forma estable lotes con características variables, reducir las presiones y las temperaturas, y no solo aumentar considerablemente la robustez del proceso, sino también hacer viables aplicaciones que antes se consideraban imposibles de procesar.

Los críticos suelen señalar que los aditivos podrían contaminar el flujo de material reciclado. ¿Cómo se aseguran de que los productos optimizados con aditivos de Polytives no se conviertan ellos mismos en un problema en el siguiente ciclo de reciclaje?

Rothleitner: Nuestros aditivos son, en sí mismos, polímeros, estables frente a la migración y compatibles con la matriz, por lo que su comportamiento en los flujos de reciclaje existentes no plantea problemas. Los aditivos no aportan sustancias de bajo peso molecular a la mezcla y no reaccionan en el sistema; ahí radica su gran ventaja.

En relación con la PRSE: ¿Cuál es la evolución actual de las posibilidades tecnológicas en el procesamiento de materiales reciclados?

Rothleitner: Desde nuestro punto de vista, la tendencia se aleja claramente de la mera optimización de los materiales para centrarse en el control de los materiales reciclados desde el punto de vista del proceso: las fluctuaciones en la viscosidad y la calidad se compensan cada vez más a través del proceso, en lugar de eliminarlas. En determinadas aplicaciones, esto hace que, por primera vez, el uso de materiales reciclados resulte viable desde el punto de vista de la estabilidad y la rentabilidad.