Camino del reciclado; identificación y separación de polímeros

Autores:

José Antonio Martinez Pons

Los polímeros, especialmente los artificiales, sufren un desgaste físico y químico, que hacen que pierdan su utilidad y  se convierten en materiales de desecho. (Esquema 1).

Su estabilidad química hace que muy poco probable su destrucción espontánea  a corto plazo  y es muy poco frecuente que de modo significativo polucionen el medio: agua, aire, etc. como consecuencia de subproductos de su degradación “natural”. El impacto ambiental, sin embargo existe, aunque no sea más que desde el punto de vista estético: por ejemplo basureros espontáneos infestados de bolsas de polietileno.

Por otra parte desde el punto de vista económico la fabricación del polímero ha supuesto una inversión en materias primas y energía, muchas de ellas no renovables que hay que intentar recuperar de alguna forma.

En este tema, como en todos los que implican los residuos de la actividad humana, debe tratarse con suma delicadeza y evitar caer en tópicos como solucionar un problema de contaminación desplazando los contaminantes de un medio a otro. Es preciso proceder  con una producción planificada y de acuerdo con las necesidades, que genere el mínimo de residuos, pero  estos existen y hay que contar con ellos. En principio dos son las posibilidades

Reutilización: Los objetos   se utilizan de nuevo en la misma  u otra función  sin ser  sometidos  transformaciones  muy grandes

Reciclado: Consiste en incorporar plástico usado a colada de plástico “nuevo del mismo tipo” Ya sea para incorporarlo a piezas de menor exigencia, ya para incluirlo en proporciones aceptables, que dependerá del uso final a las mismas piezas de las que procede en una nueva colada.

El correcto reciclado requiere un diseño adecuado del producto, pensado precisamente para una recuperación y reciclado fáciles.

Un esquema del diseño  se muestra en el diagrama  de flujo.

Para llevar a cabo un buen reciclado es precisa una  adecuada recogida y una adecuada separación de los plásticos. Si se desea facilitar el proceso es conveniente estampar el tipo de polímero o incluir en su masa marcadores que permitan una fácil identificación. Los más simples son  los códigos que se  estampas en los objetos, sin embargo existen otras  técnicas como marcadores químicos diferentes para cada polímero, de modo que esto presenten un respuesta característica a la radiación ultravioleta o infrarroja. Es un método muy preciso de separación. (Esquema 2).

SEPARACIÓN  DE PLÁSTICOS.

Se insistirá  en la importancia del separado puesto que dada la iinmensa variedad del mundo de los plásticos , muchos de ellos incompatibles entre sí es preciso  antes de cualquier operación de reciclado clasificarlos adecuadamente  y  los plásticos de deshecho muchas veces  llegan   sin separar.

Se pedirá a los alumnos que traigan   restos de plásticos que puedan encontrar en su casa. Una primera observación será  tratar de identificarlos  según el logotipo.

Separación por flotabilidad:

Se trata de separar los polímeros   ordenándolos según sus densidades respectivas.Esta experiencia, aunque muy instructiva y fácil, no es muy fiable, puesto que los plásticos comerciales contienen aditivos, cargas etc. que pueden modificar las propiedades del polímero “Strictu sensu”

Usando la distinta densidad de polímeros diferentes se procederá a separar una mezcla de polímeros en sus componentes.

Procedimiento operativo.

Se reducirán las muestras fragmentos no muy grandes

Se introducirán en el vaso y se llenará este de agua hasta su mitad

Se agitará y se dejará reposar. Se retirara los fragmentos que floten

A continuación de irán agregando pequeñas cantidades de sal agitando después de cada adición y retirando los fragmentos que vayan flotando en cada caso.

De este modo podrá ordenarse las muestras de acuerdo con su densidad.

Si se desea un mayor rigor, lo que es muy recomendable, se preparan  varias disoluciones  de densidad calibrada, mezclando sal y agua para obtener densidades mayores que 1  y etanol y agua para menor.

Se adjunta una tabla de densidades

Identificación por a densidad

Midiendo las densidades por ejemplo mediante un picnómetro se puede tener una idea  del tipo de polímero. Conviene insistir en que para un correcta identificación seria necesario separa el polímero del resto de aditivos, por ejemplo, disolviéndole en un disolvente adecuado, filtrando y separando el disolvente mediante un rotavapor. (Tabla 1, Esquema 3, Tabla 2).

ENSAYOS A LA LLAMA.

Objetivo:

A partir de sus propiedades frente a la llama se trata de identificar algunos polímeros, este método no se ve demasiado afectado por los aditivos y es de muy fácil aplicación.

Material.

Mechero de alcohol o simplemente una vela de parafina.

Muestras de plásticos: Recortes de envases, restos de juguetes, fibras, pegamentos, granza industrial.

Procedimiento experimental:

Prendido el mechero se observará el comportamiento frente a la llama de las distintas muestras. Se pondrá atención en

Resplandecimiento, fusión o no.

Combustibilidad: Arde fuera de la lama o no, mantiene la combustión, funde

Humos: Color, olor, pH

Color de la llama: Incolora, azulada, amarilla, con reborde de un color diferente. (tabla 3)

Medida del pH de los  vapores. (Esquema 4)

En un tubo de ensayo se deposita una muestra del problema. Se toma un pedazo de papel indicador universal  y  se sujeta en la boca del tubo con un poco de algodón, procurando que el papel no toque el tubo. Se humedece el algodón de modo que el papel  también se humedezca y se calienta suavemente la muestra,  cuando se observa que el papel cambia de color se separa el tubo de la llama. (tabla 4).

Existen otras técnicas rápidas de identificación, entre ellas  el ensayo de solubilidad. Realmente una sola técnica no suele ser suficiente y es conveniente aplicar varias.

DESTINO FINAL DE LOS POLÍMEROS

El reciclado   no permite demasiadas reutilizaciones, llega un momento en que el polímero está tan degradado que no es reutilizable, o bien, no se dispone de infraestructura suficiente para ello, en cualquier caso al final acabará por ser necesario deshacerse del polímero y entonces podrá optar por alguna de las siguientes soluciones (Se tratarán sucintamente las distintas técnicas de aprovechamiento de los residuos plásticos.)

Quemado:

Beneficia únicamente parte de la energía térmica. En promedio cada kg de polímero produce unas 8500 kJ.

Sus ventajas:

No es selectiva, no requiere por tanto demasiados procedimientos previos, como limpiado, clasificación etc.

No requiere grandes inversiones en infraestructura.

Sus inconvenientes.

Sólo aprovecha la energía térmica, no recupera por tanto, materias primas

Puede producir emisiones indeseables a la atmósfera, como cloro de los PVC, amoniaco de las poliamidas, gases sulfurosos y otras muchas más sustancias de alta peligrosidad.

Con todo, si no se dispone de una industria asociada suficientemente desarrollada, es la única solución.

Reciclado químico.

Puede llevarse a cabo en dos niveles.

Reciclado en refinería.

Consiste en fractura controlada las cadenas poliméricas llevándolas a hidrocarburos equivalentes a fracciones ligeras y medias del petróleo: gasolinas y fueloleos.

Puede llevarse a cabo ya sea en refinerías ya en industrias adecuadas.

Se requiere una selección y preparación previa del polímero, que debe limpiarse y despojarse de cargas y aditivos.

Recuperación del monómero.

Se busca la recuperación del monómero puro. Para ello es necesario desandar la cadena cinética que condujo a su preparación. La reacción se produce a elevadas presiones y temperaturas, con el auxilio de catalizadores adecuados. Hoy día otra de las líneas de investigación en este terreno es precisamente la búsqueda de catalizadores adecuados para estos procesos.

Los plásticos más fácilmente recuperables son los de condensación así como los PET y poliamidas tipo Nylon.

¿Qué se pretende demostrar?

  1. Reutilización y reciclado de plásticos
  2. Identificación y separación producto
  3. Fin de la vida útil de los plásticos.

Dirigido a:

El nivel de profundización puede adaptarse a cualquier nivel, desde primaria (con muchas precauciones) hasta la universidad, pero salvo en este último caso son experiencias que debe realizar el profesor.

Materiales necesarios:

  • Recortes de plástico de recuperación, procedente de distintas fuentes
  • Sal común
  • Alcohol etílico
  • Vaso de precipitados
  • Puede ser conveniente usar un tensoactivo (Unas gotas de “fairi”)
  • Varilla de vidrio agitadora
  • Cucharilla

Para saber más:

Referencias bibliográficas:

R. Gómez Antón, J.R. Gil Bercero. Los Plásticos y el tratamiento de los residuos. Aula Abierta UNED 1997, PP 285-28.
Martínez Pons, J.A.; F. Prada Pérez de Azpeitía “Reciclado de Plásticos”