Resumen:
En este trabajo, se presenta el reciclaje quimio-mecánico acuoso como un proceso para superar los desafíos del reciclaje químico y el reciclaje mecánico. En el reciclaje quimio-mecánico, el agua cerca de su punto crítico (325–400 °C, 9–25 MPa) promueve la mezcla del polietileno (PE) y el polipropileno (PP), un fenómeno que aprovecha las inusuales propiedades disolventes del agua cercana al punto crítico, incluyendo su baja constante dieléctrica. El procesamiento a temperatura óptima y tiempos de reacción preserva los pesos moleculares y las cristalinidades de ambas fases, PE y PP, mientras que simultáneamente produce morfologías de gotículas bien dispersas con menor coalescencia que una mezcla fundida correspondiente preparada mediante extrusión de doble tornillo a una temperatura de 200 °C. La naturaleza extractiva del proceso acuoso reduce los compuestos orgánicos volátiles en un 96% y disminuye el color de la resina reciclada. La preservación del peso molecular supera la limitación de degradación polimérica del reciclaje mecánico, y el entorno acuoso reduce la exposición al oxígeno molecular, eliminando la oxidación del polímero. El análisis económico y energético indica que el reciclaje quimio-mecánico es competitivo en costos frente al material virgen y genera menores emisiones que la incineración. Bajo supuestos conservadores, el costo de reducción de CO₂ del reciclaje quimio-mecánico es de 56 dólares estadounidenses por tonelada de CO₂, lo que se compara favorablemente con otros métodos propuestos de reducción de emisiones, como la captura directa de CO₂ del aire. Se propone un mecanismo en el que el proceso quimio-mecánico extrae aditivos y colorantes y genera una miscibilidad parcial de las cadenas poliméricas para promover la mezcla.
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Conclusiones:
Se demuestra la existencia de un régimen de reciclaje acuoso que se sitúa entre los extremos previamente establecidos: la separación en macrofases asociada al reciclaje mecánico realizado a 200 °C y las condiciones de despolimerización agresiva para producir productos de bajo peso molecular mediante ruptura de cadenas en el reciclaje químico a temperaturas superiores al punto crítico del agua (374 °C). En este rango de temperatura intermedio, la baja constante dieléctrica del agua cerca de su punto crítico promueve la mezcla en microfases del PE y el PP, manteniendo al mismo tiempo una alta masa molar y cristalinidad. Cuando el método quimio-mecánico se aplicó a la mezcla de plásticos mixtos posconsumo, las mezclas fueron decoloradas y contenían significativamente menos contenido de COV en comparación con los residuos reciclados mecánicamente, con un 96% de COV extraídos. Además, someter los residuos a múltiples tratamientos mejoró la claridad del color en dos veces y mantuvo los pesos moleculares, con solo una reducción del 12% en Mn tras tres tratamientos consecutivos.
El análisis tecno-económico indica que los costos proyectados son competitivos con el reciclaje tradicional y las emisiones de GEI correspondientes son una fracción de las asociadas a la incineración o el reciclaje químico. En relación con los procesos de recuperación energética, los costos de reducción de CO₂ del reciclaje quimio-mecánico son de 56 USD/tonelada, un valor que se compara favorablemente con las proyecciones de costos para la captura directa de aire. La teoría de solubilidad de Hansen proporciona un marco útil para comprender las propiedades de solubilidad ajustables del agua cerca de su punto crítico, explicando así la observación de la eliminación de colorantes y COV y la miscibilidad entre poliolefinas. El reciclaje quimio-mecánico acuoso tiene el potencial de complementar el reciclaje mecánico y químico existente, estableciendo un proceso intensificado en el que los residuos de plásticos mixtos puedan purificarse y mezclarse con un solvente libre de carbono.
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Información tomada y traducida del artículo científico publicado en Chemical Engineering Journal.
Imagen tomada del artículo científico.