capitulo i marco teórico

Universidad Veracruzana
Facultad de Ciencias Químicas
Región Poza Rica - Tuxpan
PROCESO DE RECICLAJE DE TETRA PAK COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN
TÉSIS
PARA PRESENTAR EXAMEN DEMOSTRATIVO DE LA EXPERIENCIA
EDUCATIVA DE EXPERIENCIA RECEPCIONAL DEL PROGRAMA EDUCATIVO
DE INGENIERÌA QUÌMICA
PRESENTA
PEDROZA ORTEGA TAYDE ENRIQUETA
DIRECTOR
M. EN C. SERGIO NATÁN GONZÁLEZ ROCHA
POZA RICA DE HGO, VER
LUNES 8 DE ABRIL DE 2013
Introducción
Introducción
Introducción
Contenido
CONTENIDO
Página
INTRODUCCIÓN
1
CAPITULO I MARCO TEÓRICO
1.1 Poli estireno……………………………………………………………………
1.2 Historia…………………………………………………………………………
1.3 Propiedades y características del poli estireno expandido………………
1.4 Propiedades químicas del poli estireno expandido……………………….
1.5 Propiedades biológicas………………………………………………………
1.6 Comportamiento frente al fuego…………………………………………….
1.7 Producción de poli estireno expandido……………………………………..
1.8 Usos y aplicaciones del poli estireno expandido………………………….
1.9 Obtención del poli estireno expandido……………………………………..
1.10 Reciclado del poli estireno expandido…………………………………….
1.11 Reciclado de tetra pak………………………………………………………
1.12 Composición del envase……………………………………………………
3
3
4
7
9
9
10
11
14
16
18
20
CAPITULO II METODOLOGÍA
2.1 Revisión bibliográfica y de procesos de elaboración……………………..
2.2 Fase de pruebas de aglutinante y la mezcla………………………………
2.3 Proceso general de desarrollo del material de pruebas………………….
2.4 Texto de la British Estándar…………………………………………………
23
23
24
25
CAPITULO III RESULTADOS Y DISCUSIÓN
28
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
36
37
38
Introducción
INTRODUCCIÓN
El uso de materiales para el empaque, embalaje y almacén de productos, es
importante para el manejo, transporte y conserva de alimentos, materiales y
muchos satisfactores que el ser humano hace uso en la actualidad para sus
actividades diarias. Los alimentos son importantes y también hacen uso de
materiales para almacén, transporte y embalaje, estos materiales utilizados al final
de su servicio, dentro del ciclo de vida del producto, generan un problema
conocido por todos, este problema es el de la basura o los residuos urbanos.
Bajo esta perspectiva el manejo de los residuos es importante ya que en el mundo
se generan billones de toneladas de los mismos con características propias de
cada sitio; sin embargo, todos guardan una composición en la cual se encuentran
materiales biodegradables y aquellos que no lo son, siendo persistente su vida en
los basureros o rellenos sanitarios.
La propuesta del presente trabajo, fue el utilizar al reciclaje como una alternativa
para disminuir el impacto en el medio por el tetra pak y el poli estireno (unicel), ya
que ambos presentan tiempos de vida de más de 50 años para que estos se
integren al medio.
La metodología propuesta hace uso del unicel como medio aglutinante del tetra
pak, explicando en los capítulos el desarrollo del mismo.
1
Objetivos
OBJETIVO GENERAL
Determinar la viabilidad como un material de construcción reciclando poli estireno
con tetra pak.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
A) Encontrar el solvente óptimo para la mezcla con material de tetra pak.
B) Realizar pruebas de inflamabilidad.
2
Marco teórico
CAPITULO I
MARCO TEÓRICO
1.1 Poli estireno
El Poli estireno Expandido se define técnicamente como “Material plástico celular y
rígido fabricado a partir del moldeo de perlas pre expandidas de poli estireno
expandible o uno de sus copolímeros, que presenta una estructura celular cerrada
y rellena de aire".
La abreviatura EPS deriva del inglés Expanded PolyStyrene. Este material es
conocido también como Telgopor o Corcho Blanco.
Figura 1.- Estructura del poli estireno
Fuente: Baldor (2000)
1.2 Historia
En 1831 un líquido incoloro, el estireno, fue aislado por primera vez de una corteza
de árbol. Hoy día se obtiene mayormente a partir del petróleo.
3
Marco teórico
El poli estireno fue sintetizado a nivel industrial en el año 1930. Hacia fines de la
década del 50, la firma BASF (Alemania) por iniciativa del Dr. F. Stastny,
desarrolla e inicia la producción de un nuevo producto: poli estireno expandible,
bajo la marca Styropor. Ese mismo año fue utilizado como aislante en una
construcción dentro de la misma planta de BASF donde se realizó el
descubrimiento. Al cabo de 45 años frente a escribanos y técnicos de distintos
institutos europeos, se levantó parte de ese material, y se lo sometió a todas las
pruebas y verificaciones posibles. La conclusión fue que el material después de 45
años de utilizado mantenía todas y cada una de sus propiedades intactas.
1.3 Propiedades y características poli estireno expandido
Densidad
Los productos y artículos terminados en poli estireno expandido se caracterizan
por ser extraordinariamente ligeros aunque resistentes. En función de la aplicación
las densidades se sitúan en el intervalo que va desde los 10 kg/m3 hasta los 35
kg/m3.
Color
El color natural de poli estireno expandido es blanco, esto se debe a la refracción
de la luz.
Resistencia mecánica
La densidad del material guarda una estrecha relación con las propiedades de
resistencia mecánica.
Aislamiento térmico
4
Marco teórico
Los productos y materiales de poli estireno expandido presentan una excelente
capacidad de aislamiento térmico. De hecho, muchas de sus aplicaciones están
directamente relacionadas con esta propiedad: por ejemplo cuando se utiliza como
material aislante de los diferentes cerramientos de los edificios o en el campo del
envase y embalaje de alimentos frescos y perecederos como por ejemplo las cajas
de pescado.
Esta buena capacidad de aislamiento térmico se debe a la propia estructura del
material que esencialmente consiste en aire ocluido dentro de una estructura
celular conformada por el poli estireno. Aproximadamente un 98% del volumen del
material es aire y únicamente un 2% materia sólida (poli estireno), siendo el aire
en reposo un excelente aislante térmico.
La capacidad de aislamiento térmico de un material está definida por su
coeficiente de conductividad térmica que en el caso de los productos de EPS
varía, al igual que las propiedades mecánicas, con la densidad aparente.
Comportamiento frente al agua y vapor de agua.
El poli estireno expandido no es higroscópico, a diferencia de lo que sucede con
otros materiales del sector del aislamiento y embalaje. Incluso sumergiendo el
material completamente en agua los niveles de absorción son mínimos con
valores oscilando entre el 1% y el 3% en volumen (ensayo por inmersión después
de 28 días).
Al contrario de lo que sucede con el agua en estado líquido el vapor de agua sí
puede difundirse en el interior de la estructura celular del EPS cuando entre
ambos lados del material se establece un gradiente de presiones y temperaturas.
Estabilidad dimensional.
Los productos de EPS, como todos los materiales, están sometidos a variaciones
dimensionales debidas a la influencia térmica. Estas variaciones se evalúan a
5
Marco teórico
través del coeficiente de dilatación térmica que, para los productos de EPS, es
independiente de la densidad.
A modo de ejemplo una plancha de aislamiento térmico de poli estireno expandido
de 2 metros de longitud y sometida a un salto térmico de 20 º C experimentará una
variación en su longitud de 2 a 2,8 mm.
Estabilidad frente a la temperatura.
Además de los fenómenos de cambios dimensionales por efecto de la variación de
temperatura descritos anteriormente el poli estireno expandido puede sufrir
variaciones o alteraciones por efecto de la acción térmica.
El rango de temperaturas en el que este material puede utilizarse con total
seguridad sin que sus propiedades se vean afectadas no tiene limitación alguna
por el extremo inferior (excepto las variaciones dimensionales por contracción).
Con respecto al extremo superior el límite de temperaturas de uso se sitúa
alrededor de los 100 ºC para acciones de corta duración, y alrededor de los 80 ºC
para acciones continuadas y con el material sometido a una carga de 20 kPa.
Comportamiento frente a factores atmosféricos.
La radiación ultravioleta es prácticamente el único factor que reviste importancia.
Bajo la acción prolongada de la luz UV, la superficie del EPS se torna amarillenta y
se vuelve frágil, de manera que la lluvia y el viento logran erosionarla. Dichos
efectos pueden evitarse con medidas sencillas, en las aplicaciones de
construcción con pinturas, revestimientos y recubrimientos.
6
Marco teórico
1.4 Propiedades químicas del poli estireno expandido
El poli estireno expandido es estable frente a muchos productos químicos. Si se
utilizan adhesivos, pinturas disolventes y vapores concentrados de estos
productos, hay que esperar un ataque de estas substancias. En la siguiente tabla
se detalla más información acerca de la estabilidad química del poli estireno
expandido.
Tabla 1.1 Resumen propiedades químicas
SUSTANCIA ACTIVA
Solución salina/Agua de mar
ESTABILIDAD
Estable: El EPS no se destruye con una
acción prolongada
Jabones y soluciones de tensioactivos
Estable: El EPS no se destruye con una
acción prolongada.
Lejías
Estable: El EPS no se destruye con una
acción prolongada.
Ácidos diluidos
Estable: El EPS no se destruye con una
acción prolongada.
Ácido clorhídrico (al 35%), ácido nítrico Estable: El EPS no se destruye con una
(al 50%)
acción prolongada.
Ácidos concentrados sin agua al 100%
No estable: El EPS se contrae o se
disuelve
Soluciones alcalinas
Estable: El EPS no se destruye con una
acción prolongada.
Disolventes orgánicos acetonas….
No estable: El EPS se contrae o se
disuelve
Hidrocarburos alifáticos saturados
No estable: El EPS se contrae o se
disuelve.
Aceites de parafina, vaselina
Relativamente estable: En una acción
prolongada, el EPS puede contraerse o
ser atacada su superficie.
Aceite de diésel
No estable: El EPS se contrae.
7
Marco teórico
Carburantes
No estable: El EPS se contrae o se
disuelve.
Alcoholes (metanol, etanol)
Estable: El EPS no se destruye con una
acción prolongada.
Aceites de silicona
Relativamente estable: En una acción
prolongada, el EPS puede contraerse o
ser atacada su superficie.
Fuente: Portal de textos científicos (2005)
Tabla 1.2 Resistencia de los diferentes tipos de poli estireno a los agentes
químicos.
Agentes
EPS Tipo
EPS Difícilmente
EPS Resistente a
Standard
inflamable
los Aceites Diésel
Agua
+
+
+
Agua de mar
+
+
+
Ácido clorhídrico al
+
+
-
+
+
-
+
+
-
+
+
-
+
+
-
+
+
-
+
+
+
+
36 %
Ácido sulfúrico al
95 %
Ácido fosfórico al
90 %
Ácido nítrico al 68
%
Ácido fórmico al
80 %
Ácido acético al 70
%
Hidróxido sódico al
+
40 %
8
Marco teórico
Hidróxido potásico
+
+
+
+
+
+
Alcohol metílico
+
+
+
Alcohol etílico
+
+
+-
Alcohol propílico
+
+
+-
Bencina para
+
+
+-
-
-
+
al 50%
Agua amoniacal al
25 %
barnices, aceite
diésel
Carburante que
contiene benceno
Fuente: Portal de textos científicos (2005)
1.5 Propiedades biológicas
El poliestireno expandido no constituye substrato nutritivo alguno para los
microorganismos. No se pudre, no enmohece y no se descompone. No obstante,
en presencia de mucha suciedad el EPS puede hacer de portador de
microorganismos, sin participar en el proceso biológico. Tampoco se ve atacado
por las bacterias del suelo. Los productos de EPS cumplen con las exigencias
sanitarias, con lo que pueden utilizarse con seguridad en la fabricación de
artículos de embalaje de alimentos. (Sedesol, 1993).
El EPS no tiene ninguna influencia medioambiental perjudicial, no es peligroso
para las aguas. Se pueden adjuntar a los residuos domésticos o bien ser
incinerados.
9
Marco teórico
1.6 Comportamiento frente al fuego
Las materias primas del poliestireno expandido son polímeros de estireno que
contienen una mezcla de hidrocarburos de bajo punto de ebullición como agente
de expansión. Todos ellos son materiales combustibles.
El agente de expansión se volatiliza progresivamente en el proceso de
transformación. El 10 % residual requiere de una fase de almacenamiento durante
un tiempo función de las especificaciones del producto: dimensiones, densidad,
etc. En caso de manipulación de productos sin esta fase de almacenamiento se
tomarán medidas de prevención contra incendios.
Al ser expuestos a temperaturas superiores a 100 ºC, los productos de EPS
empiezan a reblandecerse lentamente y se contraen, si aumenta la temperatura se
funden. Si continua expuesto al calor durante un cierto tiempo el material fundido
emite productos de descomposición gaseosos inflamables.
En ausencia de un foco de ignición los productos de descomposición térmica no
se inflaman hasta alcanzar temperaturas del orden de los 400 - 500 ºC.
1.7 Producción de poli estireno expandido
El proceso productivo para la obtención de Poli estireno Expandido utiliza como
materia prima el poli estireno expandible, el cual se obtiene de la Polimerización
del Estireno en presencia de un agente expansor (pentano).
Polimerización del Estireno
En una primera instancia el estireno es dispersado en forma de gotas en fase de
agua en tamaños de 0,1 a 1mm. Las proporciones agua/estireno varían de 1:1 a
1:3. El tipo de polimerización utilizado es el de Suspensión y se lleva a cabo en
reactores vidriados o de acero inoxidable con capacidades entre 9000 y 136000
10
Marco teórico
litros. Estos reactores operan en forma discontinua, la temperatura es controlada
mediante una camisa y frecuentemente mediante una serpentina interna de
refrigeración.
Cuando las concentraciones del polímero se encuentran entre el 30 % y el 70 %
se produce una aglomeración prematura de porciones del polímero semi-sólido,
denso y pegajoso. En este momento es donde se alcanza el estado crítico de la
polimerización, la agitación es más forzada y se deben agregar agentes de
suspensión, dado que más aglomeración puede provocar la rotura del motor y si la
agitación es insuficiente se produce material pobre. Por lo contrario si la agitación
es demasiada puede quedar gas atrapado en el material. Una falla momentánea
en la agitación produciría la aglomeración inevitable del material.
Cerca del final de la polimerización la mezcla polímero-agua es enfriada a 85 °C
para que la aglomeración de las partículas de polímero sea mínima al ser
transferida al tanque de almacenaje.
1.8 Usos y aplicaciones del poli estireno expandido
Las propiedades y características técnicas del poli estireno expandido permiten
que sea destinado a una gran cantidad de aplicaciones. Entre ellas las más
comunes son las relacionadas con el aislamiento térmico y la resistencia
mecánica, aunque no sería útil para envasar alimentos, sino fuera higiénico e
inerte.
Empaque y embalaje
El poli estireno expandido es un material que por su bajo peso y gran resistencia,
es ideal para la fabricación de empaques y embalajes para los diversos productos
de la industria electrónica, farmacéutica, manufacturera, química, artesanal, etc.
Los empaques de poliestireno expandido son diseñados para amoldarse
perfectamente a la forma del producto, combinando diversas opciones de
espesores de pared, densidad y número de refuerzos
11
Marco teórico
Por otra parte, la ligereza del poliestireno expandido reduce los costos de
transporte, mano de obra y gracias a su resistencia elimina las roturas, facilitando
el estibado, al poder soportar más de 1000 veces su propio peso.
El poder de amortiguamiento del poliestireno expandido le permite absorber la
energía producida por golpes y vibraciones, evitando que el producto empacado
se dañe.
Los productos que requieren control de temperatura, por ejemplo pescado, pueden
ser envasados en poliestireno expandido ya que sus múltiples celdillas actúan
como cámaras de aire independientes aislándolo térmicamente.
La posibilidad del EPS de emplearse para la protección, transporte y
comercialización de alimentos se debe a que es un material fisiológicamente
inocuo, que no favorece el crecimiento de hongos y bacterias que provocan la
descomposición orgánica siendo además de olor y sabor neutros.
Además el EPS puede incorporar aditivos para evitar la excesiva carga
electrostática favoreciendo su uso en la industria electrónica.
Construcción
Las aplicaciones que encuentra el EPS en la construcción están relacionadas con
características como aislamiento térmico y acústico. Ya sea por ahorro de energía
o por confort, el EPS posee características que cumplen muy bien esas funciones.
Actualmente en los países de clima templado y tropical existe la tendencia a
construir bajo medidas eficientes de aislamiento térmico, ya que el gasto
energético para el acondicionamiento de edificios en las temporadas cálidas
puede ser equivalente o aún mayor que el gasto energético para la calefacción en
invierno.
12
Marco teórico
Tabla 1.3 Ventajas y propiedades de productos de poli estireno expandido
Productos
Cajas apilables de
alimentos. Embalaje de
mercadería pesada
Embalajes de
mercadería frágil
Envases y embalajes
para transporte aéreo
Ventajas
Propiedades
Embalajes resistentes a la
presión con buena rigidez al
doblado y estabilidad de
Resistencia a la presión
apilado
Acción de amortiguación
calculable y por lo tanto,
segura
Alta capacidad de
amortiguación de golpes
Tara baja, invariable y en
Bajo peso: densidad
muchos casos no es
aparente entre 20 y 30
necesario tomarla en cuenta Kg/m3
Alta capacidad de
Cajas para productos
aislamiento térmico. No se
congelados
vuelve frágil a bajas
temperaturas
Envases de contacto
No posee ningún elemento
directo con productos
contaminante que afecte el
alimenticios
contenido
Embalajes para objetos Material versátil, altamente
complicados de
adaptable a las formas más
superficies no planas
complejas
Reducida conductividad
térmica e inalterabilidad al
frío
No permite la proliferación
de hongos y bacterias
Libertad de diseño en piezas
moldeables
Mantiene la temperatura y la Elevado poder aislante y de
Vasos térmicos
efervescencia de los
conservación del gas en las
líquidos que contiene
bebidas carbonatadas
Fuente: Portal de textos científicos (2005)
13
Marco teórico
Figura 1.2 Proceso de obtención del poli estireno expandido
Fuente: Portal de textos científicos (2005).
1.9 Obtención del Poli estireno Expandido
El Poliestireno Expandible es transformado en artículos acabados de Poliestireno
Expandido mediante un proceso que consta de tres etapas: primera etapa de
Expansión, segunda etapa de Estabilizado, finalizando con una última Expansión y
el Moldeo final.
1ª etapa: Expansión.
El Poliestireno Expandible, en forma de granos, se calienta en preexpansores con
vapor de agua a temperaturas situadas entre 80 y 110 ºC aproximadamente,
haciendo que el volumen aumente hasta 50 veces el volumen original. Durante
esta etapa los granos son agitados continuamente.
14
Marco teórico
En esta etapa es donde la densidad final del EPS es determinada. En función de
la temperatura y del tiempo de exposición la densidad aparente del material
disminuye de unos 630 kg/m 3 a densidades que oscilan entre los 10 - 30 kg/m 3.
Luego de la Pre expansión, los granos expandidos son enfriados y secados antes
de que sean transportados a los silos.
2ª etapa: Estabilizado.
Durante la segunda etapa del proceso, los granos pre expandidos, conteniendo 90
% de aire, son estabilizados durante 24 horas.
Al enfriarse las partículas recién expandidas, en la primera etapa, se crea un vacío
interior que es preciso compensar con la penetración de aire por difusión. De este
modo las perlas alcanzan una mayor estabilidad mecánica y mejoran su capacidad
de expansión, lo que resulta ventajoso para la siguiente etapa de transformación.
Este proceso se desarrolla durante el reposo intermedio del material pre
expandido en silos ventilados. Al mismo tiempo se secan las perlas.
3ª etapa: Expansión y moldeo final.
En esta etapa las perlas pre expandidas y estabilizadas se transportan a unos
moldes donde nuevamente se les comunica vapor de agua y las perlas se sueldan
entre sí.
En esta operación, las perlas pre expandidas se cargan en un molde agujereado
en el fondo, la parte superior y los laterales, con el fin de que pueda circular el
vapor. Las perlas se ablandan, el Pentano se volatiliza y el vapor entra de nuevo
en las cavidades. En consecuencia, las perlas se expanden y, como están
comprimidas en el interior del volumen fijo del molde, se empaquetan formando un
bloque sólido, cuya densidad viene determinada en gran parte por el alcance de la
expansión en la etapa inicial de pre expansión. Durante la operación se aplican
15
Marco teórico
ciclos de calentamiento y enfriamiento, cuidadosamente seleccionados para el
mejor equilibrio económico de la operación y para conseguir una densidad
homogénea a través del bloque así como una buena consolidación de los
gránulos, buena apariencia externa del bloque y ausencia de combaduras.
Como muestra la figura 1.2, en la tercera etapa existen distintas alternativas,
basadas en la forma que adquiere el producto final. Por un lado se lo puede
moldear en forma de grandes bloques que luego pueden ser cortados en forma de
planchas. El corte se puede llevar a cabo por medio de alambres calientes. Por
otro lado se lo puede moldear con la forma del envase final, es decir, con forma de
recipiente de distintas características. Existen algunas empresas que cortan el
EPS mediante sistemas computarizados, basándose en diseños hechos en Auto
CAD.
1.10 Reciclado del poli estireno expandido
La producción de Poli estireno Expandido utiliza productos derivados del petróleo.
De todos modos, el consumo de este recurso natural es realmente muy limitado:
sólo el 4 % del petróleo que se utiliza a nivel mundial se destina a la producción de
materiales plásticos, y dentro del conjunto de materiales plásticos, el EPS
representa un 2,5 % del total. Se deduce de esto que solo el 1 por 1000 del
petróleo se destina a la fabricación de EPS.
En Europa, actualmente, el uso del plástico por habitante es aproximadamente 30
kg/año, por lo tanto, la cantidad de petróleo usado para la producción de plástico,
sería suficiente para un viaje en auto de 300 km. Por otro lado, el consumo de
petróleo para la producción de EPS sería insuficiente para permitir un viaje en auto
para ir a un supermercado local.
Otra ventaja que posee el EPS frente al medio ambiente es que para su
producción o uso no se utilizan, ni se han utilizado jamás, clorofluorocarbonos, de
modo que no se ataca la atmósfera. El agente expansor utilizado en su
16
Marco teórico
fabricación, pentano, pertenece a la familia del metano, un gas natural derivado de
fuentes naturales, que se descompone rápidamente en la atmósfera.
Reciclabilidad
Proceso fisicoquímico o mecánico q consiste en someter un producto ya utilizado
a un ciclo de tratamiento total o parcial para obtener un nuevo producto. Todo lo
mencionado anteriormente no hace referencia a la reciclabilidad del poli estireno, a
diferencia de materiales como el PET, que son más amigables con el medio
ambiente, el poliestireno expandido es unos de los materiales menos amigables.
Esto se debe a que la polimerización del estireno no es reversible.
Figura 1.3 Símbolo de clasificación para el reciclado del Poli estireno
Fuente: http://www.google.com.mx/search?q=símbolo+de+hdpe
Esto no quiere decir que el poli estireno expandido no pueda ser utilizado
nuevamente, de hecho una de las posibilidades que existen es volver a utilizarlo
en la producción de poli estireno expandido. Existen además otras posibilidades
como por ejemplo en la construcción como componente del hormigón liviano,
rellenos de terrenos, etc.
A continuación se detallan algunas de las distintas formas de reciclado del poli
estireno expandido:
Reusar el embalaje a nivel doméstico (mudanzas, almacenaje, jardinería,
decoración).
17
Marco teórico
Moler piezas de poli estireno expandido recolectadas. Emplear la molienda
en la fabricación de hormigón liviano o en el aflojamiento de suelos,
jardines, estadios.
Volver al Poli estireno (PS): Con poli estireno expandido des gasificado se
pueden fabricar piezas por inyección (macetas, carretes de películas,
artículos de escritorio, etc.). Se rescata así la energía "intrínseca" del
plástico. Esta energía (que es la acumulada durante todo el proceso
industrial a partir del petróleo en el material) siempre es mayor a la obtenida
por combustión.
Obtención de energía calórica para procesos a escala industrial. 1 kg de
espuma del tipo fácilmente inflamable (generalmente embalajes) equivale
en su valor energético a aproximadamente 1,2 l de fuel oíl. En un proceso
de combustión completa, el poliestireno expandido es eliminado libre de
cenizas, con formación de: energía, agua y dióxido de carbono.
Reciclaje interno de productos de descarte en la fábrica de espuma. La
fabricación de poli estireno expandido en bloques, placas o piezas con
destinos específicos y predeterminados, admite un contenido respetable de
material regenerado sin alterar el aspecto ni las cualidades técnicas del
producto final. (Casey, 1991).
18
Marco teórico
Reciclado de tetra pak
La manera más común es introducir los envases en agua y separar mediante la
agitación mecánica los distintos materiales de su composición: cartón (75 % del
recipiente), polietileno (20 %) y aluminio (5 %). Con la celulosa obtenida se fabrica
papel tipo kraft, del cual se hacen bolsas o cartones de huevo.
Otra manera de reciclarlos es triturar los tetra paks y extender el granulado sobre
una plancha, donde se caliente y se prense. Esta operación hace que el polietileno
se funda y se active como un adhesivo que aglutina a los tres componentes. El
resultado es una lámina compacta similar a las tablas de conglomerado de
madera.
Figura 1.4 Lamina compacta de tetra pak
Fuente: Portal fundación PRO Humana (2010)
El reciclado de los cartones para bebidas es un proceso muy sencillo, que consiste
en separar las fibras de papel del polietileno y el aluminio mediante un hidropulper.
Figura 1.5 Hidropulper
Fuente: Portal fundación PRO Humana (2010)
19
Marco teórico
Proceso de reciclaje
Los envases se introducen en un hidropulper horizontal. Las fibras de papel
quedan en suspensión en el agua, y después mediante filtros, se retiene el
plástico y el aluminio.
Los envases de Tetra Pak y agua en el "hidropulper" al comienzo del proceso de
repulpado, después de agitarlo entre 15 y 60 minutos, se separan las fibras de
papel del polietileno y la hoja de aluminio.
Las fibras de papel disueltas en agua se utilizan para la fabricación de papel
reciclado. La clave para un buen hidrapulpado de envases de Tetra Pak es la
eliminación eficaz de los componentes que no sean fibra: polietileno, hoja de
aluminio, tintas e impurezas tales como barro, arena, chatarra y otros cuerpos
extraños. Una línea de hidrapulpado recupera hasta el 98 % de las fibras de los
envases de Tetra Pak.
Hidropulper de alta densidad elimina arenas, grapas y piedras en caso de existir.
Hidropulper de baja densidad de flujo continuo integra los procesos de
transformación en pasta y el cribado en una operación.
Componentes del tetra pak
La empresa Brasileña Alcoa se asoció con Tetra Pak, para poner la primera planta
recicladora en el mundo.
La planta utiliza tecnología de plasma de avanzada que permite separar
totalmente los componentes de aluminio y plástico de los cartones. Este innovador
proceso constituye un importante avance en el actual proceso de reciclado de
envases de cartón que, hasta ahora, separaba el papel pero dejaba juntos el
plástico y el aluminio. El proceso de plasma brinda otra opción para el reciclado y
permite volver a incorporar a la cadena productiva estos tres componentes del
empaque como materias primas.
20
Marco teórico
Alcoa, que suministra láminas finas de aluminio a Tetra Pak para el envasado
aséptico, utiliza el aluminio reciclado para fabricar láminas nuevas.
La nueva planta de plasma puede procesar hasta ocho mil toneladas de plástico y
aluminio por año, correspondientes al reciclado de aproximadamente 32.000
toneladas de envases asépticos. La emisión de contaminantes durante la
recuperación de los materiales es mínima, puesto que el proceso se realiza en
ausencia de oxígeno, sin combustión y con un índice de rendimiento energético
cercano a 90%.
1.12 COMPOSICIÓN DEL ENVASE
Los envases de Tetra Pak están conformados por 6 capas que evitan el contacto
con el medio externo, y aseguran que los alimentos lleguen a los consumidores
con todas sus propiedades intactas. Estos envases están compuestos de papel,
aluminio y polietileno.
El papel: proviene de bosques industriales gestionados bajo el concepto de
desarrollo sustentable. El envase está conformado por 75 % de papel,
garantizando su estabilidad y resistencia.
El Aluminio: evita la entrada de oxígeno, luz y pérdidas de aromas y es una
barrera contra el deterioro de alimentos.
El Polietileno: evita que el alimento esté en contacto con el aluminio, ofrece
adherencia y garantiza la protección del alimento.
Seis capas protectoras
Primera capa. Polietileno: Protege el envase de la humedad exterior.
Segunda capa. Papel: Brinda resistencia y estabilidad.
Tercera capa. Polietileno: Ofrece adherencia fijando las capas de papel y
aluminio.
Cuarta capa. Aluminio: Evita la entrada de oxígeno, luz y pérdida de aromas.
Quinta capa. Polietileno: Evita que el alimento esté en contacto con el aluminio.
21
Marco teórico
Sexta capa. Polietileno: Garantiza por completo la protección del alimento.
Figura 1.5 Composición del tetra pak
Fuente: Portal fundación PRO Humana (2010)
Para el público en general, reciclar es el proceso mediante el cual productos de
desecho son nuevamente utilizados. Sin embargo, la recolección es sólo el
principio del proceso de reciclaje.
Una definición bastante acertada nos indica que reciclar es cualquier “proceso
donde materiales de desperdicio son recolectados y transformados en nuevos
materiales que pueden ser utilizados o vendidos como nuevos productos o
materias primas”.
Prácticamente el 90 % de la basura doméstica es reciclable, por eso es importante
que separemos en nuestra casa la basura y los depositemos en los contenedores
adecuados. Hay contenedores de papel y cartón, materias orgánicas, vidrio, latón,
latas de aluminio, latas de hojalata, etc.
Los objetivos del reciclaje son los siguientes:
Conservación o ahorro de energía.
Conservación o ahorro de recursos naturales.
Disminución del volumen de residuos que hay que eliminar.
22
Marco teórico
Protección del medio ambiente.
El reciclaje permite:
Ahorrar recursos
Disminuir la contaminación
Alargar la vida de los materiales aunque sea con diferentes usos.
Ahorrar energía.
Evitar la deforestación
Reducir el 80 % del espacio que ocupan los desperdicios al convertirse
en basura.
Ayudar a que sea más fácil la recolección de basura
Tratar de no producir toneladas de basura diariamente que terminan
sepultadas en rellenos sanitarios.
Vivir en un mundo más limpio.
El reciclaje de Tetra Pak es aprovechado de la forma menos pensada, mediante
una pequeña cadena de reciclaje que crea empleo, ingresos y evita que enormes
cantidades de plástico y aluminio vayan a parar a la basura se obtienen tejas
recicladas.
Las cajas son sometidas a un proceso de reciclaje en el cual se depositan en una
gran licuadora con agua donde no se utilizan productos químicos y donde las
capas se separan, con la pulpa de papel se fabrica pasta de celulosa que se
puede convertir en cuadernos y cartones. El aluminio y el polietileno se pican y
compactan, formando un aglomerado más resistente que la madera el cual se
seca, posteriormente se coloca en una bandeja y se somete a temperaturas
calientes de 180 °C formando placas que luego serán moldeadas en frío para
crear las tejas.
23
Metodología
CAPÍTULO II
METODOLOGÍA
2.1 Revisión bibliográfica y de procesos de elaboración
En esta etapa se procedió a realizar la información relacionada con el proceso de
elaboración y reciclaje de los materiales Tetra pak y poli estireno; Placas de
material reciclado como el tetra pak, poli estireno mediante la metodología de
operaciones unitarias basada en la disminución de tamaño y mezclado de
materiales.
2.2 Fase de pruebas de aglutinante y la mezcla
El desarrollo del aglutinante se llevó mediante una serie de mezclas que se
muestran en la tabla 2.1 siguiente, donde se mezclará acetona, éter, y gasolina
para determinar en qué porcentajes es mayor la solubilidad del unicel en alguno
de los solventes.
Tabla 2.1 Mezclas para realización del solvente
Prueba
Acetona
1
100%
2
Gasolina
100%
3
4
100%
50%
5
6
Éter
33%
50%
50%
50%
33%
33%
A esta cantidad de solvente se le agregara el tetra pak molido para llevar a cabo la
mezcla del producto terminado, se agregaran a las probetas 100 mg de tetra pak.
24
Metodología
2.3 Proceso general de desarrollo del material de pruebas
El proceso de manufactura del material de reciclo que incluye al tetra pak y al
unicel, se desarrollará bajo la siguiente metodología, indicada en la figura 2.1
Revisión bibliográfica y de
procesos de elaboración
Fase de pruebas de aglutinante
(Acetona, gasolina, Poli estireno y
tetra pak)
Fase de pruebas de
elaboración de mezcla
(Placas de prueba de
material reciclado)
Fase de pruebas de
resistencia e inflamabilidad
Resultados
Figura 2.1 Metodología de resultados
Fuente: Elaboraciòn propia
25
Metodología
El proceso inicia con la recolección del material para su posterior limpieza
mediante agua y detergentes para eliminar grasas y residuos de materiales
orgánicos; seguido del proceso de lavado se procede a triturar el material de tetra
pak y unicel (poliestireno) hasta tener un tamaño menor a una malla de 5 mm; en
otra etapa se prepara la solución del aglutinante elaborado con acetona, gasolina
50% y el unicel, esta se lleva a cabo mediante la mezcla de los líquidos y se le
agrega el unicel poco a poco mezclando para su total disolución; ambos
subproductos (el tetra pak y la solución aglutinante) se llevan a la etapa de
mezclado de los mismos.
La mezcla anterior se va a la etapa de vaciado donde se vierte en un molde para
obtener la placa del material reciclado, finalmente se lleva a la etapa de secado, la
cual consiste en dejar por alrededor de 24 a 36 horas la placa obtenida para que
obtenga la resistencia requerida al eliminar los solventes del proceso.
Fase de pruebas de resistencia a la penetración del fuego.
En esta prueba se procederá a determinar el tiempo en el cual, el material
resultante se someterá a una prueba de inflamabilidad tomando como referente la
norma BS 476 la cual se describe a continuación.
2.4 Texto de la British Estándar (BS)
En el ensayo de penetración del fuego e ignición de la superficie, se ensayan tres
probetas y se aplica un calor radiante a la superficie superior de cada una durante
60 min, pudiendo prolongarse a 90 min si la penetración no ha ocurrido en este
tiempo.
Después de que la probeta ha sido expuesta al calor radiante durante 5 minutos,
la llama se mueve lentamente sobre la superficie en intervalos durante un minuto.
Se observa el tiempo y la incidencia de cualquier llama en las superficies superior
e inferior y el desarrollo de los agujeros y fisuras. Se realiza una observación
ocular de los cambios en la apariencia, llamas o goteo y se mide la distancia
26
Metodología
mínima de la expansión lateral de la llama sobre la superficie superior. Los
resultados están expresados mediante anotación con caracteres alfabéticos:
La letra X indica que:
La duración de la llama es de más de 5 minutos una vez terminado el
ensayo.
La distancia máxima de la llama en cualquier dirección es mayor de 370
mm.
La letra P indica que:
La duración de la llama es menor de 5 minutos.
La distancia máxima de la llama en cualquier dirección es menor de
370 mm.
La extensión de la ignición en la superficie se dará a los 60 minutos o al tiempo de
penetración en los 25 mm más cercanos. La clasificación P60, indica que la
probeta ha superado el ensayo preliminar y que la penetración del fuego no ocurre
al cabo de 1 hora.
Tabla 2.2 Anotación para resultados de ensayo de penetración.
Tiempo de penetración
Código
Mayor de 1 hora
A
Mayor de ½ hora
B
Menor de ½ hora
C
Fallas de ensayo previo
D
Aunque la clasificación anterior se ha introducido como norma British Standard, las
notaciones de normas anteriores para clasificación se usan todavía.
Se usa un prefijo Ext F o Ext S para denotar el ensayo plano o inclinado,
respectivamente, seguido de dos letras que denotan los resultados del ensayo de
penetración y del ensayo de expansión de la llama. La letra final indica la
27
Metodología
extensión del goteo en la parte baja de la probeta. La aplicación del PREV en
estructuras de tejado debería, en general, ser al menos Ext SAA o Ext FAA.
28
Resultados y discusiones
CAPITULO III
RESULTADOS Y DISCUSIONES
De acuerdo a la metodología planteada en el capítulo anterior, la mezcla de
solventes y unicel que dio como resultado una mejor consistencia al producto final
fue la de 50 % acetona, 50 % gasolina bajo la relación de 15 gramos unicel/80 ml
solvente; a esta mezcla del aglutinante se le agrego 4 gramos de tetra pak,
mezclado por alrededor de dos minutos.
En las figuras siguientes, se muestra como se da el proceso de elaboración del
aglutinante y de la preparación del tetra pak para elaborar el producto final.
Figura 3.1 Materiales utilizados al inicio del proceso
Como parte inicial del proceso se disminuyó el tamaño del unicel y tetra pak, se
procedió a pesar los materiales como se muestra en la figura 3.2.
29
Resultados y discusiones
Figura 3.2 Pesado de materiales unicel y tetra pak
Una vez pesado los materiales, se procedió a preparar la mezcla de solventes que
previamente se había realizado de acuerdo a lo mencionado en el capítulo
anterior. En la figura 3.3 y 3.4 se muestran el proceso de la mezcla de los
solventes y la elaboración del aglutinante de unicel.
Figura 3.3 Elaboración de la mezcla de acetona - gasolina
30
Resultados y discusiones
Figura 3.4 Mezclado del unicel y el solvente para el aglutinante
El aglutinante toma una consistencia similar al pegamento UHU, este se mezcla
con el material de tetra pak como se muestra en la figura 3.5 y se vacía en el
molde del producto final.
Figura 3.5 Vaciado de la mezcla aglutinante y tetra pak
31
Resultados y discusiones
El producto final se muestra en la Figura siguiente, este se deja secar por espacio
de 24 horas para su acabado posterior, las medidas de la placa son 15 cm x 10
cm x 1 cm de grosor.
Figura 3.6 Secado del producto final
Pruebas realizadas bajo el estándar de la BS
Figura 3.7 Material utilizado para prueba de inflamabilidad
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Resultados y discusiones
Figura 3.8 El mechero se colocó a una distancia de 300 mm, temperatura de la placa de
27 °C
Figura 3.9 Se tomó la temperatura y se registró + 160° C en la flama y en la placa 27° C
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Resultados y discusiones
Figura 3.10 El mechero se colocó a una distancia de 200 mm de la placa se registró una
temperatura de cara a la radiación de 34 °C y cara contraria 31 °C
Figura 3.11 El mechero se colocó a una distancia de 100 mm de la placa se registró una
temperatura de cara a la radiación de 41 °C y cara contraria 33 °C
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Resultados y discusiones
Figura 3.12 El mechero se colocó a una distancia de 20 mm de la placa se registró una
temperatura de cara a la radiación de 70 °C y cara contraria 43 °C
Figura 3.13 Se colocó la placa directamente a la flama y en 8 segundos se inflamo el
material
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Resultados y discusiones
Tabla 3.1Resultados de la prueba BS realizadas
PRUEBA
DISTANCIA (mm)
RESULTADOS
Extensión
Tiempo de
de ignición
penetración
1
300 mm
P60
Ext F A
2
200 mm
P60
Ext F A
3
100 mm
P60
Ext F A
4
20 mm
P60
Ext F A
5
0
P1
Ext F C
Ensayo plano (Ext F)
Se observó que en las primeras 4 pruebas no hubo ignición, ni fallas en la prueba
5 si hubo ignición, el material goteo, se observó humo u hollín en la combustión
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Conclusiones
CONCLUSIONES
Como resultado de las pruebas realizadas, se concluye que el producto realizado
puede ser utilizado en la construcción, ya que los materiales base pueden
conseguirse fácilmente por ser desechos o basura, que se utilizan y tiran
continuamente por cantidades muy grandes, además que se puede ayudar a evitar
el vertido de estos materiales al medio ambiente.
De acuerdo a los objetivos planteados se encontró los materiales y solventes
adecuados para el proceso de reciclaje del tetra pak y unicel para convertirlo en
material de construcción
Se considera viable el uso del material propuesto por que de acuerdo a las
pruebas realizadas se determinó que si se puede utilizar en la construcción ya que
ofrece un grado de resistencia al fuego y porque sus costos no son muy altos.
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Conclusiones
BIBLIOGRAFÍA
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Baumol, W. y W Oates. (1994). The Theory of Environmental Policy. Cambridge
University Press, 2a, ed.
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Casey. P, J. (19991). Pulpa y Papel; química y tecnología química. México:
Limusa.
Craighill, A y J. Powell, 1996. Lifecycle assessment and economic evaluation of
recycling: a case study. Resources, Conservation and Recycling No. 17.
Miravete, A. (2000). Los nuevos materiales en la construcción. España: Reverté.
Othmer, K. Enciclopedia de la ingeniería química.
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reciclado.
Sedesol. (1993). Manejo y reciclaje de los residuos de envases y embalajes. Serie
Monografías No. 4, México.
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