Introducción
Residuos
plásticos urbanos Análisis
por DSC Experimental
Resultados
y discusión Bibliografía
La preocupación por la protección del medio ambiente ha constituido una de las inquietudes más importantes de la sociedad contemporánea. Problemas de carácter estructural, como la crisis energética han venido a sustituir prioritariamente a la contaminación, aunque para algunos sectores de la población (grupos ecologistas) siguen primando las inquietudes ambientales y ecológicas .
Resulta paradójico que cuando se había empezado a tomar conciencia del problema y se habían iniciado soluciones para atacarlo, sea, precisamente, cuando la economía se encuentra minimizada para soportar las cargas que tales soluciones implican. La radicalización de las posturas ecológicas es sumamente peligrosa para la estabilidad económica del país(1).
La sociedad de consumo, junto con la revolución tecnológica, ha dado lugar a la mayor producción de residuos de toda la historia de la humanidad. Los nuevos modelos de desarrollo deberán basarse en tecnologías de producción sin residuos, o con un mínimo de ellos. Esto permitirá resolver simultáneamente los problemas de la contaminación y el de la escasez de recursos naturales y de energía .
Lógicamente, la política de desarrollo, fundada en estas tecnologías, debe ir acompañada de una política de recuperación de residuos, que inevitablemente surgen de toda actividad humana.
El concepto de "residuo" es relativo. Surge del mundo de la economía, del valor que se le asigna, de las posibilidades de utilización conforme a los conocimientos científicos y técnicos del momento. Lo que hoy es llamado residuo mañana puede ser materia prima, si adquiere un valor en el mercado.
La recuperación y reciclado de productos se ha planteado como una estrategia seria de una política de gestión de residuos que, a su vez, presenta algunos inconvenientes: costo de recuperación, energía necesaria para su recuperación, precio del transporte, nuevas líneas de comercialización e inferior calidad de los productos regenerados.
Los materiales plásticos, utilizados en todas las áreas de consumo, son, posiblemente, los que con mayor amplitud se transforman en productos manufacturados destinados a pequeños períodos de uso (ejemplo: embalaje). Como consecuencia, cada día es mayor la cantidad de residuos de estos materiales, creando problemas ambientales y un despilfarro irracional de recursos. Estas razones son motivo suficiente para recuperar y reciclar, de alguna forma, los residuos de plásticos.
La tecnología de recuperación y separación de residuos sólidos urbanos ha avanzado extraordinariamente en los últimos años, existiendo procedimientos originales en nuestro país (desarrollado por la Empresa Nacional ADARO) (2) que permiten la separación total de los materiales plásticos del resto de los residuos. Dentro de esta separación aparecen dos fracciones denominadas "ligera" y "pesada". La primera de ellas está constituido fundamentalmente por filmes y "compuestos", la segunda por botellas.
La reutilización de la fase "ligera" puede enfocarse bajo dos soluciones: a) Separación de los distintos plásticos. b) Reutilización de las mezclas.
La primera, que en principio sería la más deseable, presenta problemas de orden económico, pues, fundamentalmente, debería realizarse por disolución selectiva y posterior precipitación de los polímeros.
La segunda implica el grave problema de la incompatibilidad termodinámica de los distintos polímeros con aparición de morfología heterogénea (3), fenómenos de interfase, etc., que inciden en las propiedades finales de los productos acabados, así como en el planteamiento reológico para su procesado (4).
Sin embargo, la utilización de agentes compatibilizantes, cargas, etc., puede aportar soluciones para mejorar las propiedades de estas mezclas de residuos, y para ello es necesario el conocimiento de su constitución, dentro de una dispersión razonable. Este es el objetivo de esta primera parte de nuestro trabajo. Para una mayor realidad práctica hemos realizado nuestras experiencias con residuos procedentes de la fase "ligera" de la planta de recuperación de Valdemingómez (Madrid), montada según el procedimiento ADARO.
Según datos estadísticos, los residuos urbanos, en Madrid, suponen un total de 2.500 - 3.000 Tm./día, de las que el 3 por 100 son "fases ligeras" de plásticos y el 1 por 100 fase "pesada". El precio actual de fase "ligera" es de 12 - 14 ptas./kg. y el de fase "pesada" 30 - 32 ptas./kg. La mejora de propiedades por los procedimientos indicados podría suponer un considerable valor añadido a estos residuos, con la consiguiente mejora de rentabilidad de las plantas de recuperación.
La calorimetría diferencial de barrido (DSC) ha sido ampliamente utilizada en la caracterización de mezclas de polímeros, sobre todo cuando alguno o algunos de los componentes de la mezcla presenta el fenómeno de fusión característico de los polímeros cristalinos. En particular se ha aplicado este método de análisis al estudio de mezclas de poliolefinas, fundamentalmente PE de alta y baja densidad PE/PP, etc., encontrándose, a través de él buenos resultados para determinar, entre otras, características tales como: porcentajes de cristalinidad (5-8) compatibilidades estructurales (9,10), y porcentajes en peso de los componentes de las mezclas. Stafford (11) describe un método sencillo y de muy buenos resultados para la estimación de los contenidos en PE de baja y alta densidad en mezclas en las que dichos contenidos se desconocen; métodos empleado también por Clampitt (12) y por Inoue (13), este último en mezclas en las que además se encontraban nylon 6 y nylon 11.
Es por esto que en nuestro trabajo hemos decidido emplear los análisis por DSC en la estimación de los porcentajes de PE de alta y baja densidad para las mezclas de estudio .
Partiendo del supuesto de la existencia en los residuos de los siguientes polímeros PE de alta y baja densidad , PP, PS y PVC se ha procedido a una extracción selectiva de los mismos.
En primer lugar con ciclohexanona para la extracción del PVC, a continuación con xileno a temperatura ambiente para extracción del PS y finalmente con xileno a 80 C para extracción de poliolefinas.
Posteriormente los polímeros fueron precipitados con metanol e identificados por IR y DSC.
Se ha realizado el procedimiento por flotación siguiendo el esquema de la
figura 1 y partiendo de la fracción "ligera", después de sometida a un proceso de molienda por molino de cuchillas.Calorimetría diferencial de barrido (DSC)
El aparato empleado como calorímetro para los análisis por DSC ha sido un Perkin - Elmer DSC - 4 con el correspondiente controlador de temperaturas conectando a una estación de datos que facilita directamente el termograma y los resultados del análisis deseados (áreas de pico, temperaturas del pico de fusión...).
El calentamiento de las muestras se realizó en atmósferas de N2. Para su preparación se disponía de pequeñas cápsulas metálicas en las que se introducían unos 10 mg. de muestra y que se sellaban con una fina laminilla también circular y del mismo material, mediante presión con un sistema de pistón manual, mediante presión con un sistema de pistón manual. La temperatura de partida fue siempre 50 C y la máxima alcanzada 250 C. La velocidad de barrido permaneció constante en todos los análisis, e igual a 20 C/min.
En cuanto al material, se tomaban fragmentos de filmes procedentes de la mezcla de éstos que en cada momento se quería analizar. Esta mezcla procedía de alguna de las fracciones previamente obtenidas por separación mediante disolventes y/o flotación .
En la
tabla I se exponen los resultados obtenidos en la extracción selectiva con disolventes a partir de la fase "ligera" original, y en la disolución selectiva de las distintas fracciones obtenidas por flotación, según el esquema de la figura 1.En la tabla II se presentan los resultados obtenidos por flotación selectiva, una vez eliminado el 1.6 por 100 de PVC por sedimentación en agua.
En la tabla lV se exponen los resultados obtenidos, también por DSC, para la fracción "ligera" sin haber sido sometido a flotación en agua, y una vez realizado dicho tratamiento.
De los resultados expuestos en la tabla 1 se deduce que la composición de la fracción "ligera" de los residuos estudiados es la siguiente: 4% PVC, 88% Poliolefinas, 6% Residuos insolubles, Con un 2 por 100 de pérdidas en los procesos de disolución.
El 88 por 100 de poliolefinas comprende casi exclusivamente la mezcla de polietilenos de alta y baja densidad, ya que el PP no sido detectado por IR y sólo se ha detectado su presencia, no significativa, en algunos de los análisis realizados por DSC, como puede apreciarse en la figura 4, elegida como representativa de los termogramas obtenidos.
Con el fin de determinar los porcentajes relativos entre los PE de alta y baja densidad, se ha recurrido al análisis por DSC.
Dada la naturaleza de las muestras a analizar, procedentes de la mezcla de residuos de filmes, que constituye nuestro material de estudio, convendría hacer algunas observaciones acerca de la forma de obtener los resultados y su validez.
Al tratarse de materiales que ya han sido procesados, es de esperar la existencia de degradaciones en el material, pero además debe tenerse en cuenta la presencia de cargas, pigmentos, tintas, etc., lo cual introduciría un error en los cálculos cuya importancia debería cuantificarse en caso de que los resultados así lo indicarán.
Ahora bien, en el caso del PE de baja densidad debe puntualizarse que dispusimos como patrón de una muestra de PE de baja densidad "puro" (figura 5) procedente directamente de los residuos por lo que los resultados correspondientes a este polímero resultarían ya más fiables, al haber sufrido la muestra patrón un tratamiento cuando menos parecido, si no igual, al de las muestras analizadas. Por otro lado, la diferencia entre considerar uno de alta puro (una muestra de PE de alta sin procesar) (figura 2) y uno ligeramente impurificado (con algo de baja) procedente de la muestra (figura 3), pueden introducir variaciones en los porcentajes estimados en torno a un 3 por 100, que está por debajo de la fluctuación que en aquéllos introduce el simple azar de la toma de muestra, fluctuación que no afecta sensiblemente a las conclusiones numéricas de nuestro estudio.
En cuanto al establecimiento de la cantidad relativa de uno de los polímeros respecto al otro, resumimos a continuación la mecánica seguida.
A partir de las área de pico de cada uno de los dos polímeros, se calculan, proporcionalmente a las áreas de pico de aquéllos puros, los porcentajes de cada uno de ellos, y dividiendo uno por otro se obtiene la relación entre las cantidades de los dos polietilenos. Con esta relación se establecen los porcentajes finales deseados.
Consideramos este procedimiento como el más adecuado para calcular los porcentajes de PE de alta y baja densidad, a fin de minimizar el error que se introduce en el tratamiento de los datos al considerar el peso se muestra total analizado, peso que no corresponde exclusivamente a la mezcla de polímeros, sino que además incluye las cantidades correspondientes de cargas, colorantes, tintas, pigmentos, o cualquier otra sustancia que pudiera acompañarles en la muestra elegida. Obviamente, al tratarse de la misma muestra, el error cometido es el mismo para ambos polímeros, por lo que es de esperar que no afecte a la relación de cantidades entre uno y otro.
En los resultados obtenidos aparece un 74,74 por 100 de PE de baja densidad y un 22,57 por 100 de PE de alta densidad a partir de las fracciones obtenidas por flotación, y valores del 79,2 por 100 de PEbd y 20,8 por 100 de Pead en muestras directas de la fase "ligera". La diferencia entre ambos se debe a que el segundo caso está referido a un 100 por 100 de polietileno, mientras que en el primero se ha tenido en cuenta la presencia en las muestras de PVC (2,35 por 100) y residuos insolubles (2 por 100).
En resumen y como consecuencia del estudio realizado, se establecen las siguientes conclusiones:
4% PVC
20,4% PEad.
67.6%PEbd.
6% Residuos insolubles.
2% Pérdidas (incluye espumas de PS).
Comentarios al Webmaster |
[ Homepage CEPIS ] |