Desarrollo de composiciones plásticas sostenibles

PODRAN OBSERVAR UN VIDEO EXPLICATIVO AL FINAL DE LA PÁGINA.

MSc

Marcelo Adrián SANTAMARÍA BRUNENGO: Universitat Politècnica de València Doctoral School, Valencia, Spain. 0009-0001-3101-4056

Industrias Mosser SL, Molina de Segura, Murcia, Spain.

DETALLE DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS DEL PROYECTO

El proyecto RICEMED tiene como objetivo desarrollar e implementar composiciones plásticas sostenibles para la fabricación de paneles extruidos destinados a la construcción de parques infantiles. De manera complementaria, se plantea que estos mismos paneles puedan ser utilizados para su uso en edificación, como parte de elementos de separación de vestuarios, taquillas o aseos. Para ello se apuesta por la incorporación de partículas de residuos, como es el caso de la cáscara de arroz, a las formulaciones plásticas, con el fin de minimizar la cantidad de material termoplástico utilizado, y al mismo tiempo valorizar un material que hasta el momento se considera un residuo, y que contribuye a aportar propiedades interesantes al producto final. El desarrollo de estas nuevas composiciones plásticas sostenibles se ha realizado teniendo en cuenta el cumplimiento de las propiedades necesarias para garantizar la calidad del producto durante su vida útil.

OBJETIVOS TÉCNICOS ESPECÍFICOS DEL PROYECTO

Seguidamente, se indica el conjunto de objetivos técnicos específicos asociados al presente proyecto:

• •Identificación y selección de materiales para el desarrollo de nuevas formulaciones plásticas sostenibles. Estudio y selección de los residuos a incorporar en las matrices poliméricas. Identificación de matrices termoplásticas a utilizar y aditivos necesarios.

• •Investigación y desarrollo de nuevas formulaciones plásticas sostenibles mediante la adición de residuo de cáscara de arroz.

• •Validación de los materiales obtenidos a escala de laboratorio mediante la caracterización de propiedades mecánicas y funcionales

• •Estudio de la escalabilidad industrial del proceso de fabricación de los nuevos materiales sostenibles para fabricación de paneles destinados a parques infantiles. Realización de pruebas industriales.

• • Análisis de las propiedades mecánicas y funcionales de los nuevos materiales desarrollados a escala industrial.

• •Análisis de la viabilidad de los nuevos materiales desarrollados con motivo del proyecto RICEMED.

Tarea 1.1. Estudio bibliográfico del estado de la tecnología. Definición de

estrategia para las soluciones RICEMED objeto de estudio.

Un material lignocelulósico se define comúnmente como un tipo de material compuesto principalmente por lignina, celulosa y hemicelulosa, que son los principales componentes de la pared celular de las plantas. Estos materiales son abundantes en la naturalez a y se encuentran en diversos tipos de biomasa, como madera, paja, bagazo de caña de azúcar, y cáscara de arroz, entre otros. La lignina proporciona rigidez y resistencia a estos materiales, mientras que la celulosa y la hemicelulosa proporcionan la estructura y la capacidad de unión. Debido a su composición y propiedades, los materiales lignocelulósicos tienen

una amplia variedad de aplicaciones relacionadas con la producción industrial, como la obtención de papel, cartón, biocombustibles, y en los últimos años, también materiales de construcción e incluso materiales plásticos sostenibles.

En esta tarea, se llevó a cabo un estudio de patentes y artículos científicos enfocado en el reciclaje de residuos de fibras naturales y/o agrícolas para su inclusión en la formulación de materiales compuestos, con aplicaciones potenciales en la industria del plástico. Para ello se contó en todo momento con la participación del personal técnico de AITEX. Se prestó especial atención a la búsqueda de referencias bibliográficas relacionadas con el aprovechamiento de residuos de cáscara de arroz. También se examinó la viabilidad del uso de agentes compatibilizantes y otros aditivos para funcionalizar los materiales termoplásticos, con el objetivo de mejorar sus propiedades frente a diversas condiciones de uso. Los resultados obtenidos en la investigación bibliográfica proporcionaron una sólida base de conocimientos en los campos relevantes para el proyecto, garantizando así el logro de sus objetivos. En este sentido, se realizó un análisis de los requisitos técnicos necesarios para las nuevas formulaciones plásticas sostenibles que se iban a desarrollar. Esto incluyó la evaluación de propiedades mecánicas relevantes para la fabricación de componentes de parques infantiles, así como un análisis de las propiedades funcionales deseadas, como la resistencia a condiciones climáticas adversas y al fuego.

Seguidamente se detallan las propiedades físico mecánicas que debería tener una formulación de material termoplástico para ser utilizada en la fabricación de parques infantiles:

El cumplimiento de dichas propiedades físico- mecánicas es totalmente necesario para poder asegurar que el nuevo material desarrollado podría sustituir al material convencional sin problemas. No obstante, el proyecto RICEMED incluye la evaluación de nuevas propiedades funcionales, que no siendo de obligado cumplimiento, sería deseable poder alcanzar. Concretamente estas propiedades son la resistencia al envejecimiento a la intemperie, que se traduce normalmente en la pérdida de propiedades visuales (colores desgastados, apagados), y la posible reacción al fuego, con el fin de saber si el material desarrollado serviría para elaborar separadores de taquillas y vestuarios.

Ensayos de resistencia a la intemperie aplicables a productos de exterior

INDUSTRIAS MOSSER lleva años elaborando planchas de HDPE para la fabricación de zonas de juego infantiles, que normalmente se instalan a la intemperie en parques públicos, colegios, o comunidades de vecinos. No obstante, el desarrollo de nuevos materiales más sostenibles viene acompañado de cuestiones sobre la durabilidad de los mismos, en comparación con el material de uso habitual. Por este motivo se ha incluido en el proyecto RICEMED el ensayo de envejecimiento por arco de xenón de acuerdo a la norma: Plásticos. Métodos de exposición a fuentes luminosas de laboratorio. Parte 2: Lámparas de arco dexenón (UNE-EN ISO 4892-2).En este ensayo las muestras seintroducen en unacámara especial donde son irradiadas con luz artificial, es decir una lámpara dearco de xenón, simulando condiciones de luz solar y sometiendo a las muestrasa temperatura, humedad, ciclos de lluvia y oscuridad. Posteriormente se evalúala degradación de color que sufren las muestras, bien mediante una cámara deluces, o bien mediante un espectrocolorímetro. También se pueden valorar cambios de aspectos visuales o dimensionales.

Ensayos de reacción al fuego para edificación

La misión de la reacción al fuego es evaluar la potencial contribución y el comportamiento de los productos o materiales en caso de incendio. Los ensayos de reacción al fuego intentan reproducir, en la medida de lo posible, las primeras fases del incendio(inicio y desarrollo) en la que la aportación de los materialespresentes es muy importante. Existen diferentes ensayos de reacción al fuego enfunción de la situación de ensayo que se quiera evaluar.

La clasificación de Reacción al Fuego determina, en gran parte, el nivel de riesgode incendio en un recinto, y condicionará el inicio, desarrollo y propagación delfuego, dentro y fuera del recinto donde se ha aplicado el material.

Los ensayos miden características como la facilidad de ignición, propagaciónde las llamas, caída de partículas o gotas, liberación de calor y producción dehumos. Una vez obtenidos dichos parámetros, las normas de clasificación nosdan la clasificación dela Reacción al Fuego del producto, la cual sirve paraacreditar su idoneidad de acuerdo a las exigencias que marque el mercado y/ola legislación.

A continuación, se enumera un listado de ensayos de potencial aplicación,seguidos de las normas que definen cómo llevarlo a cabo.

Puesto que se pretende evaluar el comportamiento frente al fuego de los materiales desarrollados, para saber si serían de aplicabilidad en la fabricación de elementos de separación de vestuarios, taquillas, etc., es necesario hacer referencia al Código Técnico de la Edificación (CTE), que exige unas propiedades de reacción al fuego dependiendo del uso que se le vaya a dar al material (revestimientos de paredes, suelos, etc.).

La clasificación utilizada para catalogar los materiales para edificación en base a sus propiedades de reacción al fuego es la siguiente.

Esta norma establece un sistema de clasificación basado en seis categorías: A1, A2, B, C, D y E. Cada categoría se asigna en función de los resultados de ensayos de reacción al fuego que se realizan en el laboratorio. La categoría A1 es la más alta y se co nsidera que no contribuye significativamente a la propagación del fuego, mientras que la categoría E es la más baja y se considera que representa un riesgo significativo para la seguridad en caso de incendios.

Seguidamente se muestra un cuadro resumen de los criterios de clasificación EUROCLASES.

La Resistencia al Fuego de un sistema o material es la capacidad de ese elemento para mantener durante un período de tiempo determinado la función portante que le sea exigible, así como la integridad y/o el aislamiento térmico. La obtención de la Resistencia al Fuego para un sistema de protección a partir de los oportunos ensayos les acreditará sobre la validez frente a las exigencias del mercado o a la legislación vigente de los mismos.

Seguidamente se enumera una relación de ensayos a cumplir para cada uso concreto que se le vaya a dar al material desarrollado.

Para el tipo de productos de edificación que sería deseable poder fabricar con los materiales desarrollados a raíz del proyecto RICEMED, el ensayo a aplicar sería UNE-EN 13823, Ensayo de S.B.I. (Single Burning Item) para paredes y techos. Este es un método de prueba para determinar el comportamiento frente al fuego de los productos de construcción (excluyendo suelos) cuando están expuestos al ataque térmico por un único elemento en llamas (en el ensayo se usa una llama de 30kW durante 21 minutos). La muestra se monta en una estructura que se coloca en un marco debajo de un sistema de extracción de humos, simulando un único elemento ardiendo en la esquina de una habitación.

Por una parte, el equipo realiza medidas del aporte térmico en la combustión y producción de humos densos con respecto al tiempo. Por otra parte, se evalúa visualmente la posible fusión peligrosa del material que pudiese ocasionar nuevos focos de fuego en el suelo por la caída de gotas o partículas inflamadas. De este modo, para otorgar una clasificación se deben interpretar los diversos resultados que da el ensayo.

Dado que son ensayos costosos y consumen gran cantidad de material, las pruebas preliminares se han llevado a cabo mediante el método UNE-EN ISO 11925- 2, Ensayo de inflamabilidad ante pequeña llama. De esta manera, si un material no cumple los requisitos de este ensayo, se evita hacer un test de S.B.I que con toda seguridad no cumpliría los requisitos.

El ensayo de pequeño quemador UNE-EN ISO 11925-2 evalúa la facilidad de ignición y propagación de la llama, así como la posible fusión peligrosa de productos expuestos a una llama pequeña. De este modo se evalúa el comportamiento de materiales de construcción en fases iniciales de fuego, es decir, en los focos de incendio, así como su contribución al desarrollo inicial.

Consiste en aplicar una llama pequeña en la superficie del material durante un tiempo corto y evaluar que no propague más de 150mm en el tiempo de ensayo ni desprenda partículas inflamadas.

Además, también en colaboración con AITEX, se llevó a cabo una selección dematerias primas que previsiblemente permitirían el desarrollo adecuado de lastareas experimentales del proyecto. Seguidamente se muestra una tabla resumen de los aditivos compatibilizantes objeto de estudio, que sin duda son una parte crucial para asegurar el correcto comportamiento de los nuevos materiales desarrollados.

Por otra parte, a continuación, se muestra una tabla resumen de los aditivos funcionales que podrían aportar un efecto de protección ultravioleta a los nuevos materiales desarrollados.

Tarea 1.2. Investigación y desarrollo de materiales sostenibles a partir de la incorporación de las partículas de residuo de cáscara de arroz seleccionadas en matrices termoplásticas.

Inicialmente se ha llevado a cabo la carga de las matrices termoplásticas deHDPE con los residuos de cáscara de arroz seleccionados para el estudio. Esta labor se ha realizado con la participación de AITEX, haciendo uso del proceso de extrusión de compounding a escala de laboratorio, en extrusora de doble husillo corrotante.

Los materiales utilizados en esta tarea son los siguientes:

•HDPE: Polietileno de alta densidad utilizado como matriz polimérica. Es un material conocido para INDUSTRIAS MOSSER, dado que sus planchas termoplásticas se fabrican de este polímero.

•Cáscara de arroz o Entera o En formato polvo

•Compatibilizantes: para hacer esta función se han seleccionado varios grados, en base al estudio de materias primas llevado a cabo en la fase 1.

Concretamente se han usado: oSlip agent de PUROMASTER o Ayuda de proceso  de PUROMASTER o Talco de JOSÉ REINA COSANO E HIJOS, S.L. o Injerto de anhídrido maleico en PE LICOCENE PE MA 4351 de CLARIANT o Aceite de linaza de VIDRAFOC o Polipropileno de GUZMÁN POLYMERS

•Colorantes de PUROMASTER

•Estabilizante ultravioleta MB PE UVL 004 de PUROMASTER

•Polímero de limpieza IRISCLEAN 2201 de IRISEM

Cabe destacar que, las cantidades utilizadas en este estudio preliminar a escala de laboratorio son prácticamente despreciables, en comparación con las cantidades que se han necesitado posteriormente en la Fase 2, en la cual se han llevado a cabo pruebas a nivel industrial. Concretamente, las cantidades a escala de laboratorio están en torno a los 2kg de mezcla por cada una de las formulaciones realizadas, mientras que a escala industrial se necesitan entre1.300 y 1.700kg por prueba, tal como se detalla más adelante.

La siguiente tabla recoge las composiciones de las 40 formulaciones elaboradas a escala de laboratorio.

Las pruebas de elaboración de formulaciones a escala de laboratorio comenzaron con dos formatos diferentes: cascarilla de arroz entera, tal cual se obtiene de la industria alimentaria, y polvo de cáscara de arroz, que ha sido previamente sometido a un proceso de triturado y adecuación. A priori la incorporación de la primera resultaría más económica, dado que necesita una menor manipulación, y por tanto su coste de obtención es menor. No obstante, en las primeras pruebas, tratando de saturar la matriz termoplástica sin usar aditivos compatibilizantes, se consigue incorporar como máximo un porcentaje del 10%, frente al 20% que se logra usando cascarilla en formato polvo. Tal como se muestra en la siguiente imagen, las cargas de cáscara de arroz llegan a servisibles en la superficie de las muestras elaboradas con la cascarilla entera, quedando perfectamente integradas en la matriz si se usa cascarilla en formato polvo.

Dadas las dificultades de incorporar la cascarilla entera y sus bajas propiedades mecánicas, rápidamente se descartó esta opción, para continuar el desarrollo con cáscara de arroz en formato polvo.

El siguiente paso fue la incorporación de aditivos compatibilizantes. Se llevaron acabo pruebas con anhídrido maleico, aceite de linaza, slip agent, y ayuda de proceso y talco. También se utilizó en algunos casos un pequeño porcentaje depolipropileno, que tiene buena afinidad con el polietileno y en determinados casos contribuye a mejorar sus propiedades mecánicas.

Los primeros aditivos en ser descartados fueron el aceite de linaza, el anhídridomaleico y el polipropileno. A medida que se obtenían resultados favorables, se fue incrementando el porcentaje de la carga.Esta labor de formulación de las diferentes recetas se ha llevado a cabo en colaboración con AITEX, prestando especial atención a parámetros como las propiedades físicas del residuo el porcentaje máximo admisible, la compatibilidad residuo-polímero, o el índice de fluidez del compuesto.

De entre todas las formulaciones elaboradas, mencionadas anteriormente, se ha realizado una selección de aquellas que a priori presentan unas propiedades más adecuadas para el proceso de elaboración de planchas de INDUSTRIASMOSSER. Esta selección se ha utilizado para obtener probetas normalizadas a través del proceso de moldeo por inyección, con la finalidad de llevar a cabo la caracterización de las propiedades físico-mecánicas. Seguidamente se enumeran las muestras seleccionadas para llevar a cabo dicha caracterización.

Cabe mencionar que esta caracterización físico-mecánica de las diferentes composiciones se ha desarrollado a medida que se iban obteniendo nuevas formulaciones, de tal manera que los resultados obtenidos condicionaban la definición de las siguientes recetas elaboradas. Esta manera de incorporar la reingeniería en el proceso de desarrollo ha permitido orientar la definición de las nuevas fórmulas a los resultados más adecuados.

Toda esta fase de desarrollo de nuevas formulaciones ha tenido lugar en las instalaciones experimentales de AITEX, siempre con la supervisión y el asesoramiento técnico de INDUSTRIAS MOSSER.

Tarea 1.3. Caracterización mecánica y funcional de los materiales reciclados obtenidos.

La finalidad de esta última tarea de la Fase 1 ha sido conocer las propiedades físico-mecánicas y funcionales de las formulaciones obtenidas, con el fin de poder comprobar su idoneidad para fabricar el producto final. Los valores obtenidos se han contrastado con las propiedades del material con el queINDUSTRIAS MOSSER fabrica habitualmente sus planchas para parques infantiles, y también con las propiedades objetivo que se esperaban alcanzar. En esta tarea se ha contado una vez más con la participación de AITEX, tanto en las labores de caracterización como de análisis de resultados.

Seguidamente se detalla un listado de los ensayos físico-mecánicos llevados acabo:

•Moldeo por inyección de probetas de materiales termoplásticos. Parte 4:determinación de la contracción de moldeo (ISO 294-4)

•Determinación de las propiedades de tracción. Parte 2: Condiciones de ensayo de plásticos para moldeo y extrusión (ISO 527-2)

•Determinación de las propiedades frente al impacto Charpy. Parte 2:Ensayo de impacto instrumentado. (ISO 179-2)

•Determinación de las propiedades de flexión (ISO 178)

•Determinación del índice de fluidez MFI (ISO 1133)

•Análisis de compatibilidad residuo-polímero mediante microscopía electrónica de barrido SEM.

•Coeficiente de contracción

A continuación, se incluye un resumen de las propiedades físico-mecánicas obtenidas en la caracterización de las muestras elaboradas a escala de laboratorio:

Resultados de ensayo de tracción.

Resultados de ensayo de flexión.

Resultados del ensayo de resistencia a impacto Charpy sin entalla.

Índice de fluidez.

Medición del coeficiente de contracción.

Para evaluar la calidad de la interfaz entre la matriz polimérica de HDPE y la fibra de cáscara de arroz, se observó la morfología de las superficies de fractura delas muestras moldeadas por inyección mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) después de las pruebas de impacto. Este estudio morfológico delas superficies fracturadas de las muestras sometidas a pruebas de impacto se llevó a cabo mediante un microscopio Zeiss Ultra 55 SEM. Se estableció un voltaje de aceleración de electrones de 5 kV.Como paso previo al estudio, las superficies de las muestras a analizar fueron sometidas a un proceso de recubrimiento por pulverización utilizando una capa ultra delgada de oropaladio en un equipo de pulverización en alto vacío EM MED20 de Leica Microsystem.

Las imágenes se muestran en la siguiente figura. La superficie de fractura de las probetas muestra rugosidad, y este fenómeno está relacionado con la deformación plástica del material termoplástico.

Tal como se podía prever al ver los resultados de la caracterización mecánica, podríamos asegurar que se produjo un fenómeno de desprendimiento de las fibras de refuerzo cuando los compuestos fueron sometidos al ensayo de impacto Charpy. Las flechas rojas en las imágenes muestran algunos agujeros producidos por las fibras que se desprendieron durante la rotura. También se incluyen flechas que muestran espacios vacíos entre las cargas de cáscara de arroz y la matriz de HDPE, confirmando la pobre adherencia producida por la falta de compatibilidad entre la fibra y la matriz polimérica.

Las primeras imágenes son de una formulación con incorporación de cáscara de arroz entera, tal como se produce el subproducto de la industria alimentaria.

Seguidamente se muestran imágenes de una formulación incluyendo cáscara de arroz en formato polvo, y sin usar aditivos compatibilizantes:

La incorporación de los diferentes compatibilizantes ayuda a reducir este efecto ya que los espacios entre el HDPE y la cáscara de arroz se minimizan o desaparecen, tal como se observa en las imágenes de ejemplo siguientes, de una formulación en la cual se han usado aditivos compatibilizantes. Como se puede apreciar, las cargas se integran perfectamente en la matriz termoplástica, por una parte, gracias a la mejora en la dispersión de las cargas, que contribuye a evitar la aparición de agregados, y por otra, gracias a la mejora de compatibilidad entre la matriz y las cargas. Nótese que el efecto de rugosidad en la superficie no sólo se mantiene, sino que se acentúa debido a la plasticidad aportada por los aditivos.

La morfología de las fracturas observadas confirma que la mejora en las propiedades mecánicas se obtiene gracias a los aditivos empleados. Dicho de otra manera: cuando no se usan compatibilizantes, los valores de resistencia mecánica empeoran debido a la formación de espacios entre el termoplástico y las cargas, que actúan como puntos de debilidad por los cuales comienza a producirse el fallo. Sin embargo, al usar compatibilizantes se consigue una adhesión más efectiva entre la fibra y la matriz polimérica, lo cual se traduce en una mejora de propiedades mecánicas.

Por otra parte, los ensayos relativos a propiedades funcionales llevados a cabo han sido los siguientes:

• •Plásticos. Métodos de exposición a fuentes luminosas de laboratorio. Parte2: Lámparas de arco de xenón (UNE-EN ISO 4892-2).

• •Clasificación en función del comportamiento frente al fuego de los productos de construcción y elementos para la edificación. Parte 1:Clasificación a partir de datos obtenidos en ensayos de reacción al fuego(UNE-EN 13501-1). Ensayo de Inflamabilidad (UNE-EN ISO 11925-2).

RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN FUNCIONAL DE MUESTRAS OBTENIDAS AESCALA DE LABORATORIO:

Caracterización de reacción al fuego. Ensayo de pequeño quemador de acuerdo a UNE-EN ISO11925-2

• •Condiciones ambientales del ensayo: 24,6ºC / 50,8% HR

• •Velocidad del aire 0,6 m/s

• •Espesor de la muestra 19mm

• •Gramaje: 18.050 g/m2

• •Posición de aplicación: superficie

• •Duración del ensayo: 60 segundo

Resultados de los ensayos de pequeño quemador (seis repeticiones por referencia, tres en sentido transversal y tres en longitudinal):

En todos los casos se observa que la llama no llega a alcanzar los 150mm sobre el punto de aplicación, lo cual se traduce en unos resultados esperanzadores debido a la baja propagación del fuego que esto supone. Cabe recordar que durante el ensayo la posición de la muestra es en vertical, dado que su uso estaría orientado a paredes.

Puesto que tanto los materiales desarrollados como el material convencional departida HDPE ofrecen resultados idénticos, se llevarán a cabo las pruebas de SBIen la Fase 3, a partir de las muestras elaboradas a escala industrial.

Ensayos de envejecimiento

Pruebas realizadas en equipo Xenon Arc Weather-Ometer CI 3000.

Tiempo de exposición: 1500, 3000, 4000 y 5000 horas.

Medidas de diferencias de color.

Medidas de brillo a 60º.

Imagen de las probetas ensayadas a envejecimiento después de 5.000 horas.

Según puede apreciarse en la imagen previa, el color rojo es el que menos intensidad pierde en los ensayos de envejecimiento, sufriendo una pérdida casi inapreciable. En cambio, el color amarillo sufre una ligera pérdida de color, que se hace evidente al comparar las probetas antes y después del ensayo. Por su parte, el color verde llega a reducciones de escala de grises de valor 2, lo cual significa que su comportamiento podría considerarse deficiente, al sufrir una pérdida de color que se aprecia incluso sin comparar con la muestra sin envejecer. Por último, la muestra de color marrón, es decir, la que no lleva incorporado ningún colorante, sufre una acusada pérdida de color, incluso desde la primera evaluación a las 1.500 horas de ensayo. De aquí se puede obtener la conclusión de que los aditivos colorantes podrían llegar a contribuir parcialmente en la resistencia a la intemperie.

Conclusiones de la Fase 1

Como conclusiones más relevantes de esta primera fase experimental a escala de laboratorio puede decirse que los compuestos de HDPE reforzados con cargas lignocelulósicas de fibra de cáscara de arroz se pudieron procesar correctamente mediante moldeo por inyección a escala de laboratorio para la obtención de probetas normalizadas. Se ha observado que las propiedades finales de los compuestos están directamente relacionadas con la cantidad de carga de fibra, así como con la calidad de la interacción de la fibra de refuerzo con la matriz polimérica. Para mejorar esta interacción, diferentes compatibilizantes fueron incorporados durante la elaboración de lasformulaciones. El uso de talco como compatibilizante resultó en una notable mejora en la interacción dela matriz polimérica con las fibras de refuerzo, como se observa en las imágenes obtenidas mediante microscopía SEM. Los ensayos de tracción indican que aumentar la cantidad de fibra de cáscara de arroz proporciona el efecto de refuerzo deseado, lo que se refleja en un aumento dela rigidez. Además, estos compatibilizantes contribuyen a promover la dispersión de las cargas, evitando la formación de agregados y facilitando su incorporación en la matriz polimérica. Por otro lado, la incorporación de aditivos compatibilizantes otorga un efecto plastificante a los compuestos, lo que resulta en un aumento de las propiedades dúctiles de los compuestos, que en algunos casos contribuye a mejorar la energía disipada en la prueba de impacto Charpy. Este efecto de plastificado es visible en las imágenes de microscopía SEM. Se observó que la estabilidad térmica se ve directamente afectada por el aumento de la carga. Es decir, cuanto mayor es la cantidad de cáscara de arroz aportada, la estabilidad térmica de los compuestos disminuye, y es posible llegara la degradación de las fibras si se alcanzan temperaturas cercanas a los 220ºC. No obstante, ha sido posible mantener una estabilidad térmica suficiente para las condiciones de procesamiento utilizadas con cargas elevadas, dado que los rangos de trabajo han estado en torno a los190-210ºC.

En cuanto a las propiedades funcionales, los ensayos de envejecimiento llevados a cabo revelan que, dependiendo del colorante utilizado, la acción de los agentes atmosféricos puede provocar diferentes efectos, siendo el verde el color que más desgaste sufre, y el rojo el que menos. Además, las muestras que no incorporan ningún aditivo de color presentan inicialmente tonos de color madera, aportados por la cáscara de arroz, pero sufren una rápida degradación, quedando totalmente pálido en menos de 1.500 horas de ensayo.

Respecto a los ensayos de resistencia al fuego, las muestras analizadas han superado con éxito el ensayo de pequeño quemador, lo cual se traduce, a priori, en una baja contribución a la propagación de la llama. No obstante, para corroborar estas conclusiones preliminares, se llevarán a cabo ensayos de SBI con las muestras elaborados a escala industrial.

Fruto de esta investigación se seleccionaron varias formulaciones óptimas para trasladar a la Fase 2 de escalado industrial. No obstante, cabe recordar que el proceso de reingeniería, mediante el cual se han ido evolucionando las diferentes formulaciones, consiste en desarrollar las fases 1 y 2 coincidiendo parcialmente en el tiempo. Es decir, algunas de las fórmulas a priori óptimas a escala de laboratorio se han llevado a escala industrial antes del fin de la fase 1.Esto ha permitido poder definir las nuevas composiciones a escala de laboratorio en función de los resultados previos obtenidos a escala industrial en la fase 2. Las formulaciones seleccionadas en la fase 1 han sido las siguientes:

• •RM-LAB-15–con un 20% de cáscara de arroz

• •RM-LAB-18–con un 20% de cáscara de arroz

• •RM-LAB-36–con un 20% de cáscara de arroz

• •RM-LAB-38–con un 30% de cáscara de arroz

A partir de los trabajos llevados a cabo en esta primera fase del proyecto, así como de los resultados obtenidos, se ha elaborado un informe titulado “Entregable ITF1-INFORME TÉCNICO: Investigación y desarrollo de formulaciones plásticas sostenibles a escala laboratorio”, que recoge toda la información técnica generada.

La fase 2 consistió en la escalada industrial de los resultados de laboratorio y fue finalizada con éxito a mediados de 2024. Actualmente el proceso se encuentra en fase de modificación de uno de los procesos inputs para mejorar la plasticidad del material en la entrada de la extrusora-laminadora con el fin de optimizar económicamente el resultado y bajar los costes de mantenimiento, no obstante, ya se están fabricando a nivel industrial pequeñas series de planchas de materia prima.

VIDEO EXPLICATIVO.