Estudio de la viabilidad del reciclado mecánico del poli (ácido láctico) y sus nanocomposites

Resumen

El poli(ácido láctico) (PLA) es un bioplástico producido a partir de fuentes renovables que ha ganado interés como candidato para reemplazar a los plásticos producidos a partir de combustibles fósiles en aplicaciones como el envasado de alimentos. Sin embargo, el uso creciente de este bioplástico podría traer problemas ambientales y sociales, relacionados con la gestión de la gran cantidad de residuos que podrían generarse y con la superficie necesaria para cultivar la materia prima empleada en la producción del PLA. Por este motivo, es interesante evaluar alternativas que permitan la valorización de los residuos de PLA y la reducción del consumo de materias primas. Por ello, uno de los objetivos principales de este trabajo es el estudio de la viabilidad del reciclado mecánico del PLA y sus nanocomposites con arcillas, analizando el efecto de este proceso en las propiedades de los plásticos reciclados. Para cumplir este objetivo se ha sometido al PLA, y sus nanocomposites con montmorillonita y haloisita, a diferentes procesos de reciclado, que pueden incluir: una etapa de extrusión y moldeo por compresión; un envejecimiento acelerado que consta de etapas de degradación fotoquímica, térmica e hidrolítica; un proceso de lavado intenso y, finalmente, un segundo reprocesado. Los materiales resultantes han sido caracterizados mediante diferentes técnicas experimentales, incluyendo viscosimetría, espectroscopía infrarroja y UV-visible, calorimetría diferencial de barrido, microscopía electrónica y difracción de rayos X. El reciclado mecánico ocasiona la degradación del PLA. Los resultados obtenidos indican que la magnitud de esta degradación depende de las condiciones del proceso, ya que la inclusión de una etapa de lavado enérgico produce descensos del 20 % en la viscosidad intrínseca, complicando la procesabilidad del plástico reciclado. Esta reducción de la viscosidad del PLA se traduce además en una mayor habilidad para cristalizar, una menor estabilidad térmica y un ligero descenso en las propiedades de barrera frente a gases del plástico reciclado. No obstante, el descenso de las propiedades debido al reciclado mecánico es pequeño, lo que sugiere que el plástico reciclado podría tener una segunda vida. En los nanocomposites con las diferentes arcillas, se observa también la degradación del PLA después del reciclado. Sin embargo, el reprocesado ocasiona una mejor dispersión de las arcillas en la matriz polimérica, lo que conlleva mejores propiedades mecánicas, térmicas y de barrera en los nanocomposites reciclados. El descenso de la viscosidad intrínseca, y de algunas propiedades, del PLA podría afectar negativamente al interés comercial por el plástico reciclado. Por ello, el otro objetivo de esta tesis es el estudio de alternativas para mejorar las prestaciones del PLA reciclado, sin encarecer excesivamente el coste del proceso. Para ello, se ha sometido un grado comercial de PLA a un proceso de reciclado que incluye una etapa de procesado en fundido, un envejecimiento acelerado, una etapa de lavado y un segundo procesado. Es en esta segunda etapa de procesado cuando se añaden diferentes aditivos (peróxido de dicumilo y un extensor de cadena), o diferentes arcillas (montmorillonita y haloisita) para mejorar las propiedades del material reciclado. Los resultados indican que tanto adición del peróxido y del extensor de cadena, como de las diferentes arcillas, ocasionan un incremento de la viscosidad intrínseca del material y una mejora de las propiedades mecánicas y térmicas del PLA reciclado. En resumen, se puede decir que el reciclado mecánico ocasiona la degradación del PLA, y un pequeño descenso en sus propiedades. Este descenso es pequeño, y el material reciclado podría ser utilizado nuevamente, incluso en aplicaciones de envasado. Sin embargo, es posible obtener PLA reciclado con mejores prestaciones sin aumentar de forma importante el coste del proceso, lo que debería mejorar la reciclabilidad de este bioplástico.