Reciclado Químico

El reciclado químico también conocido como reciclado terciario o feedstock (que en español se puede traducir como reciclado de materia prima) se define como el proceso que conduce a la despolimerización total de un polímero a sus monómeros, o a la despolimerización parcial a oligómeros y otras sustancias químicas. Los monómeros pueden ser posteriormente re-polimerizados para regenerar el polímero original (*).

En otras palabras, el reciclaje químico es una tecnología avanzada que transforma los materiales plásticos en moléculas más pequeñas, en su mayoría líquidas o gaseosas, adecuadas para su uso como material de alimentación a partir de monómeros, oligómeros o mezclas de otros compuestos de hidrocarburos, o como insumo para la producción de nuevos plásticos y productos petroquímicos por medio de calor o agentes químicos. Este tipo de reciclado produce un cambio en la estructura química del polímero. El producto obtenido por reciclado químico es muy útil como combustible, lo que se ha demostrado científicamente. Utiliza una técnica llamada despolimerización, que puede ser muy rentable y beneficiosa desde un punto de vista sustentable (**).

TERMÓLISIS

El reciclaje terciario tiene un posible uso como recurso energético. La termólisis se considera uno de los procesos más prometedores del reciclado terciario, ya que se realiza a alta temperatura y en un entorno no oxidativo. Además, convierte los residuos plásticos en productos químicos valiosos y en combustibles de diversos estados y propósitos. La termólisis se realiza con o sin catalizador. La ventaja del proceso catalítico es que las temperaturas son más bajas, la degradación de la materia prima es más rápida y la composición fraccionaria de los productos es más estrecha.

El principal problema es la eficiencia económica, ya que los catalizadores comerciales suelen ser caros, tienen un ciclo de vida relativamente corto y normalmente no pueden regenerarse. Si el material utilizado tiene valor energético, es decir, alto contenido de carbono e hidrógeno, se convierte en una valiosa materia prima para la producción de combustibles. En este sentido, el petróleo se considera la materia prima más atractiva y fácil de refinar, ya que da lugar a combustibles convencionales como la gasolina, turbosina y el gasóleo. Sin embargo, los productos tienen que cumplir una serie de normas internacionales estrictas.

Existen muchos métodos para el reciclaje químico, como el tratamiento químico directo que implica la gasificación, la fusión en un alto horno o en un horno de coque, y la degradación por licuefacción.

En el caso de los polímeros de la adición, las subcategorías de reciclaje químico son la gasificación, la pirólisis, la hidrogenación líquido-gas, el craqueo por vapor o catalítico y el uso de desperdicio plástico sólido como agente reductor en altos hornos. Los polímeros de adición, como las poliolefinas, dan lugar a una mezcla que contiene numerosos componentes para su uso como combustibles. Las subcategorías de reciclaje químico de los polímeros de condensación son la hidrólisis (ácida, alcalina y neutra), la glucólisis, la metanólisis, la aminólisis, la amonólisis, etc. Los polímeros de condensación, como el PET y el Nylon, se someten a la degradación para preparar unidades de monómero, es decir, la materia prima o el reciclaje de monómero.

El reciclaje terciario implica los siguientes métodos:

  1. Hidrogenación
  2. Gasificación
  3. Despolimerización química
  4. Cracking térmico
  5. Cracking catalítico y reformado
  6. Fotodegradación
  7. Degradación por ultrasonidos
  8. Degradación en reactor de microondas

Actualmente se están investigando numerosos métodos de degradación para obtener productos petroquímicos, y se están investigando ampliamente las condiciones adecuadas para la gasificación y la pirólisis.

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Referencias:

* Achilias, D.S. et al. (2012) Recent advances in the: chemical recycling of polymers (PP, PS, LDPE, HDPE, PVC, PC, Nylon, PMMA), in Material Recycling– Trends and Perspectives

** Scheirs, J. (1998) Polymer Recycling, Science, Technology and Applications, John Wiley & Sons, Inc., New York

*** Recycling of Polymers: Methods, Characterization and Applications, First Edition. Raju Francis. 2017 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.

La Tabla Periódica en 5 Minutos

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Los Elementos Químicos

Un elemento químico es cualquier sustancia que no puede descomponerse en sustancias más simples mediante procesos químicos ordinarios. Los elementos son los materiales fundamentales de los que se compone toda la materia.

En la actualidad se conocen 118 elementos químicos. Alrededor del 20% de ellos no existen en la naturaleza (o están presentes sólo en cantidades mínimas) y se conocen sólo porque han sido preparados sintéticamente en el laboratorio.

De los elementos conocidos, 11 (hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, flúor, cloro y los seis gases nobles) son gases en condiciones normales, dos (bromo y mercurio) son líquidos (otros dos, el cesio y el galio, se funden a temperatura ambiente o ligeramente superior) y el resto son sólidos.

Los elementos pueden combinarse entre sí para formar una gran variedad de sustancias más complejas llamadas compuestos. El número de compuestos posibles es casi infinito; se conocen quizás un millón, y cada día se descubren más.

Cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto, pierden sus identidades individuales y el producto tiene características muy diferentes a las de los elementos constitutivos. Por ejemplo, los elementos gaseosos hidrógeno y oxígeno, con propiedades muy diferentes, pueden combinarse para formar el compuesto agua, que tiene propiedades totalmente diferentes a las del oxígeno o el hidrógeno. Está claro que el agua no es un elemento porque está formada por las dos sustancias hidrógeno y oxígeno y puede descomponerse químicamente en ellas; sin embargo, estas dos sustancias son elementos porque no pueden descomponerse en sustancias más simples mediante ningún proceso químico conocido. La mayoría de las muestras de materia que se dan en la naturaleza son mezclas físicas de compuestos.

LA ESTRUCTURA DE LOS ÁTOMOS

Los átomos de las sustancias elementales son en sí mismos estructuras complejas compuestas por partículas más fundamentales llamadas protones, neutrones y electrones. Las pruebas experimentales indican que, dentro de un átomo, un pequeño núcleo, que generalmente contiene protones y neutrones, está rodeado por un enjambre, o nube, de electrones.

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El Proceso de Moldeo por Extrusión y Soplado

Aquí nuestro nuevo video explicando de manera sencilla el proceso de Extrusión-Soplo.

La Extrusión Soplado, Extrusión Soplo  o EBM por sus siglas en inglés, es una variante del Proceso de Extrusión y es el tipo más simple de moldeo por soplado. Un tubo caliente de material plástico fundido (mejor conocido como parison) se deja caer desde una extrusora y capturado en molde enfriado por agua. Una vez que los moldes están cerrados, se inyecta aire a través de la parte superior o del cuello de la pieza a ser moldeada; como si uno estuviera inflando un globo. Cuando el material plástico caliente se sopla y entra en contacto con las paredes del molde el material se enfría y logra que la pieza mantenga una forma rígida.

La extrusión soplado permite una amplia variedad de formas de envases, tamaños y aberturas de cuello, así como la producción de productos con mango o asa. Algunas máquinas de extrusión pueden producir de 300 a 350 botellas por hora.

El peso de las piezas fabricadas por extrusión soplado se puede ajustar dentro de una gama extremadamente amplia. Los moldes para extrusión soplado son generalmente mucho menos costosos que los moldes de inyección soplado y se pueden fabricar en un período mucho más corto de tiempo.

Ejemplos de piezas hechas por el proceso extrusión soplado incluyen la mayoría de los productos huecos de polietileno, botellas de leche, botellas de champú, conductos automotrices, regaderas y piezas industriales huecas tales como tambores.

Las ventajas de la extrusión soplado incluyen una alta tasa de producción, bajo costo de herramientas, y una gran variedad de fabricantes de máquinas. Requiere relativamente pequeña inversión de capital en equipo y es adecuado para corridas pequeñas de producción.

Algunas desventajas por lo general incluyen una alta tasa de desperdicio, un control limitado sobre el espesor de la pared, y un poco de dificultad para recortar el exceso de plástico.

La extrusión soplado se puede utilizar para procesar muchos plásticos diferentes, incluyendo HDPE, PVC, PC, PP, y PETG.

Igual que en la co-extrusión, la extrusión soplado puede ser mono-capa o multi-capa en donde se utilizan diferentes extrusores que llegan a un mismo dado formando una estructura con diferentes capas. Esto es muy útil cuando se requiere aumentar la barrera al oxígeno, darle resistencia química combinado con transparencia, etc.

En extrusión soplado al igual que en el Proceso de Extrusión es posible elaborar productos con estructura mono-capa (1 capa) y multi-capa (2 o más capas).

El concepto para elaborar productos multi-capa es igual al de Co-Extrusión en donde el flujo de 2 o más extrusores convergen en un dado.

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Inyección Soplo

El moldeo por inyección soplado, inyección soplo o IBM por sus siglas en inglés, es un proceso de transformación para resinas termoplásticas que, tal como su nombre lo indica, es parte moldeo por inyección y parte moldeo por soplado. El moldeo por inyección soplado es generalmente adecuado para envases más bien pequeños y no permite piezas con mango. Se utiliza a menudo para contenedores que tienen rangos de tolerancia cortos para cuellos con rosca, aberturas de boca ancha; mangos sólidos, y formas muy estilizadas.

El proceso de inyección soplo es muy común en resinas poliolefínicas como el polietileno de alta densidad (HDPE) y el polipropileno (PP) y no debe confundirse con el proceso de moldeo por inyección estirado soplado o ISBM por sus siglas en inglés, utilizado en la elaboración de botellas de PET (poliéster del polietilen-tereftalato).

La inyección soplo es más sencilla, en ella, el polímero es moldeado por inyección sobre un corazón por lo general en forma de pin formando la pre-forma; luego este corazón en pin se rota a la estación de soplado para ser soplado y posteriormente enfriado. Este es el menos usado de los tres procesos de moldeo por soplado, y se suele utilizar para hacer pequeñas botellas médicas o botellas individuales. El proceso se divide en tres pasos: inyección, soplado y expulsión.

IBM
Esquema del Proceso Inyección Soplo

 

La máquina de moldeo soplado se conforma de una unidad de inyección para fundir el polímero. El polímero fundido se alimenta a un múltiple de colada caliente donde se inyecta a través de boquillas a un molde caliente. Dentro de las cavidades del molde se forma la pre-forma alrededor de un corazón por lo general en forma de pin.

La preforma se compone de un cuello de botella o tarro completamente formado unido a un tubo grueso de polímero que formará el cuerpo similar en apariencia a un tubo de ensayo con un cuello roscado.

El molde de la preforma se abre y la barra central se gira y se sujeta en el molde de soplado hueco y refrigerado. La punta de la barra se abre permitiendo la entrada de aire comprimido en la preforma, la cual se infla a la forma del artículo final. Los contenedores soplados por lo general tienen un peso programado que no se puede cambiar fácilmente. Generalmente el material del recipiente moldeado se distribuye uniformemente y por lo general no es necesario ningún recorte o fresado. El aire se inyecta en el plástico a una velocidad de entre 75 a 150 PSI.

Después de un periodo de enfriamiento el molde de soplado se abre y la barra se hace girar a la posición de expulsión. El artículo final se expulsa y como una opción puede ser probado de fugas antes de empacarlo. Los moldes de moldeo y de soplado pueden tener muchas cavidades, generalmente de tres a dieciséis, dependiendo del tamaño del artículo y la producción requerida. Hay tres conjuntos de barras que permiten la inyección,  soplado y expulsión.

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Los Pequeños Detalles en Moldeo por Inyección: La Contrapresión

Por: Sara L Reynoso

El ajuste del proceso de moldeo por inyección se compone de una variedad de factores y condiciones. Hay una variedad extensa de parámetros que deben establecerse y controlarse para lograr el correcto moldeo por inyección de una pieza de plástico determinada. Desde el tipo de plástico que se está moldeando, el número de cavidades, el tipo de colada, el diseño de la pieza y el molde, el tamaño de la máquina, incluso el clima en el caso de algunas resinas sensibles y por supuesto, las condiciones de proceso.

Estas últimas se controlan desde la máquina de inyección y los avances en la ingeniería de las máquinas van encaminados a facilitar el ajuste de los parámetros, los cuales se pueden clasificar en 5 grupos principales:

  1. Temperaturas
  2. Tiempos
  3. Presiones
  4. Velocidades
  5. Distancias

Todos son igual de importantes en el ajuste de un proceso, sin embargo, un área de especial interés es el de las presiones, ya que nos ayuda a determinar el tamaño de la máquina (fuerza de cierre) y la correcta compactación de la resina en la cavidad, lo que deriva en el control dimensional tiro a tiro.

Las diferentes presiones que se pueden encontrar en el moldeo por inyección son:

  • Presión de Inyección
  • Presión de Sostenimiento
  • Presión de Cierre (fuerza de cierre)
  • Presión en las Cavidades
  • Presión Hidráulica de la línea
  • Presión en la Boquilla
  • Descompresión
  • Contrapresión

En donde la contrapresión, que es parámetro de moldeo, generalmente con un control independiente, que a menudo se pasa por alto de forma inadecuada.

Al retroceder, el husillo gira para introducir material nuevo en el cilindro. Este material entra y con la rotación se mueve inicialmente hacia atrás creando una presión en la parte frontal del husillo. Esta presión se utiliza para homogeneizar la masa fundida, eliminar pequeñas cantidades de aire atrapado y controlar el peso de la inyección manteniendo una densidad precisa de un volumen determinado de masa fundida.

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La contrapresión se debe manejar lo más baja posible y, en cualquier caso, no debería superar el 20% de la presión nominal máxima de inyección de la máquina. Puede ser necesaria cierta contrapresión para evitar que el tornillo se empuje a sí mismo con demasiada facilidad.

Como ya se mencionó, el ajuste de la contrapresión depende también de la resina que estamos moldeando, por ejemplo, comenzando con el valor mínimo recomendado en su guía de moldeo y de ser necesario, hacer pequeños aumentos según sea necesario, hasta el máximo recomendado. El ajuste máximo es necesario porque todo lo que supere este valor provocará un cizallamiento excesivo del plástico y dará lugar a un plástico degradado térmicamente.

El husillo debe generar y superar esta presión antes de poder retroceder. Esta contrapresión se genera al girar el tornillo contra la restricción del material plástico que está contenido en el barril o cilindro.

La fusión del material y la homogenización de un pigmento o aditivo pueden mejorarse con el uso de altas contrapresiones, pero también aumenta la tensión en la máquina de moldeo por inyección, reduce la longitud de las fibras en aquellas resinas con carga y aumenta el tiempo de retracción del tornillo.

La contrapresión también puede programarse en algunas máquinas para compensar, por ejemplo, la eficaz reducción de la longitud del husillo que se produce durante la plastificación; este tipo de reducción supone un menor aporte de calor y, por tanto, un descenso de la temperatura. A la inversa, en varias máquinas es difícil ajustar la presión, ya que no hay una forma sencilla de medir los efectos de los cambios.

El objetivo de la contrapresión no es aumentar la temperatura de la resina: el aumento de la contrapresión no eleva significativamente la temperatura de la masa fundida, para esto se utiliza la velocidad de rotación del husillo.

Un cambio en una máquina de moldeo por inyección suele tener múltiples efectos. Aumentar la contrapresión significa que el tornillo tarda más en recuperarse, a menudo más que el tiempo de enfriamiento establecido o permitido. Esto, a su vez, alarga el tiempo de ciclo, ya que el molde no abre  hasta que el husillo no ha alcanzado a tomar la resina necesaria para el tamaño de disparo.

En resumen, una cantidad mínima a media de contrapresión puede beneficiar la homogeneización de la resina, en especial si contiene un pigmento, aditivo y/o carga y puede apoyar en el control del tamaño de disparo. Sin embargo, como en todo, el uso de una contrapresión alta, puede derivar desde el calentamiento de la resina hasta su degradación, así como un esfuerzo mayor del tornillo al retroceder durante la carga.

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Los Polímeros y el Equipo de Protección ante COVID-19

En 2020 la Organización Mundial de la Salud (WHO) y el Centro de Control de Enfermedades (CDC) revisaron y actualizaron las especificaciones técnicas del equipo de protección para el personal médico y de salud ante el COVID-19, y nos guste o no, prácticamente todo el equipo está hecho a partir de polímeros plásticos. ¿Te imaginas el caos ante una pandemia sin la ayuda de los plásticos?

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Ramas de la Química Orgánica

De la ciencia de la Química se derivan 5 ramas principales:

  • Química Orgánica
  • Química Inorgánica
  • Química Analítica
  • Fisico-Química
  • Bioquímica

y aquí te compartimos un recuadro explicando que estudia cada una.

Sin embargo, además de estas cinco ramas principales de la química, existen muchas otras disciplinas, algunas se pueden derivar de las mismas ramas:

Agroquímica – La agroquímica examina los procesos químicos importantes para la agricultura.

Astroquímica – La astroquímica es el estudio de las reacciones químicas en el espacio.

Química de coordinación – La química de coordinación es el estudio de los complejos de coordinación, que consisten en un átomo central (normalmente un metal) rodeado de ligandos.

Química forense – La química forense aplica los principios químicos para investigar los delitos.

Geoquímica – La geoquímica es el estudio de los minerales, las rocas y la atmósfera de la Tierra u otro cuerpo planetario.

Química Médica – La química médica diseña, sintetiza y estudia fármacos y otros agentes terapéuticos.

Química organometálica – La química organometálica es un puente entre la química orgánica y la inorgánica. Es el estudio de los compuestos que contienen enlaces químicos entre el carbono y un metal.

Petroquímica – La petroquímica es la rama de la química orgánica que se centra en el procesamiento y el refinado del petróleo y el gas natural.

Fitoquímica – La fitoquímica es el estudio de las sustancias químicas derivadas de las plantas.

Química de los polímeros – La química de los polímeros es la subdisciplina de la química orgánica que se ocupa de la química de los plásticos y los polímeros.
Química nuclear – La química nuclear estudia los átomos y las reacciones químicas a nivel nuclear. Incluye el estudio químico de la fisión, la fusión y la desintegración radiactiva.

Radioquímica – La radioquímica estudia los radioisótopos y utiliza materiales radiactivos para estudiar las reacciones químicas.

Química del estado sólido – La química del estado sólido examina las reacciones y propiedades de la materia en la fase de estado sólido.

Espectroscopia – La espectroscopia es el estudio de las interacciones entre la luz y la materia.

Estereoquímica – La estereoquímica estudia la disposición espacial de los átomos en las moléculas.

Química de superficies – La química de superficies examina los procesos químicos en las superficies de los materiales.

Termoquímica – La termoquímica es la rama de la química física que se ocupa del calor en los sistemas químicos.

Química cuántica – La química cuántica aplica la mecánica cuántica y las matemáticas para describir el movimiento y la interacción de las partículas subatómicas en átomos y moléculas.

Y tú, ¿en qué rama de la Química te gustaría especializarte?

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No Totalmente de Papel

Si se utilizara únicamente celulosa pura para fabricar papel, la alfombrilla de fibras sería algo soluble en agua y sólo los grupos polares de la superficie de las partículas y los enlaces de hidrógeno internos actuarían para mantener las fibras unidas.

Los pigmentos blancos, como la arcilla y el dióxido de titanio, se añaden para ayudar a “cimentar” las fibras y rellenar los huecos produciendo una superficie de escritura blanca y firme. Esto suele ocurrir como parte de un proceso de recubrimiento general.

La mayoría de los papeles se recubren para darles mayor resistencia y suavidad. El revestimiento es básicamente una pintura económica que contiene un pigmento y una pequeña cantidad de aglutinante polimérico. A diferencia de la mayoría de las superficies pintadas, la mayoría de los productos de papel se fabrican pensando en una vida útil corta con requisitos de rendimiento moderados. Los pigmentos típicos son materiales económicos de bajo índice de refracción, como la arcilla en plaqueta y el carbonato de calcio natural molido. El dióxido de titanio se utiliza sólo cuando se requiere una alta opacidad. El aglutinante o agente ligante, puede ser un almidón o un látex o una combinación de ambos.

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Los látex suelen ser copolímeros de estireno, butadieno, acrílico y acetato de vinilo. También pueden añadirse otros aditivos y agentes colorantes para obtener papeles de rendimiento especial. Las resinas en forma de agentes de recubrimiento superficial y otros tratamientos superficiales especiales (como el recubrimiento con polipropileno y polietileno) se utilizan para productos de papel destinados a usos especiales, como cartones de leche, cartones de helado, materiales de construcción ligeros y vasos. La celulosa aporta la mayor parte del peso (normalmente alrededor del 90%) y de la resistencia, mientras que los aditivos y recubrimientos especiales proporcionan las propiedades especiales necesarias para el uso específico.

El reciclaje del papel sigue siendo ventajoso. Hoy en día, hasta la mitad de los productos de papel se reciclan, y esta fracción está aumentando a medida que hacemos un mejor trabajo de recolección y reciclaje de productos de papel.

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LAS 10 MEJORES UNIVERSIDADES PARA ESTUDIAR INGENIERÍA QUÍMICA

La Ingeniería Química es la rama de la ingeniería que se ocupa de la producción química y la fabricación de productos mediante procesos químicos. Esto incluye el diseño de equipos, sistemas y procesos para refinar materias primas y para mezclar, componer y procesar productos químicos para obtener productos valiosos.

Los ingenieros químicos aplican los principios de la química, la biología, la física y las matemáticas para resolver problemas que implican la producción o el uso de productos químicos, combustibles, fármacos, alimentos y muchos otros productos.

Los ingenieros químicos trabajan en diversos campos. Por ejemplo, pueden trabajar en una refinería de petróleo para convertir el crudo en gasolina, combustible para aviones, gasóleo, aceite lubricante, disolventes y productos petroquímicos; en una planta de fertilizantes para producir nitrato de amonio, o en la producción de productos de cuidado personal para mezclar docenas de ingredientes para producir champú, lociones, cremas, etc.

Si ya decidiste estudiar esta carrera, ahora viene el dilema de analizar en dónde estudiarla y aquí en Todo En Polímeros nos dimos a la tarea de buscar los rankings de las mejores universidades en dónde estudiar Ingeniería Química en México y el Mundo.

QS Top Universities califica a las universidades a nivel mundial de acuerdo a:

• Proporción de estudiantes internacionales
• Proporción de profesores internacionales
• Proporción Estudiantes – Profesores
• Referencias del Personal Académico
• Reputación Académica
• Reputación en la Industria

Calificando a 200 universidades, en las que las de América Latina están a partir del número 50 apareciendo la UNAM y el IPN sólo para México y otras cuantas para Brasil. Sin embargo, es importante mencionar que en América Latina se cuentan con excelentes universidades y opciones para desarrollarte como Ingeniero Químico y que una carrera exitosa no depend de la universidad sino del estudiante.

Aquí te anexamos 3 cuadros, el primero, con las mejores 10 universidades para estudiar Ingeniería Química en México, las 10 mejores universidades para estudiar en el mundo y opciones de otras universidades de habla hispana.

Esperamos te sean de utilidad para tomar una decisión tan importante.

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