miércoles, 10 de marzo de 2010

INTERFASE – PELÍCULAS PLÁSTICAS

ITESO Omar Saucedo Mora
Ing. Ambiental Exp. 108065

Tecnologías Alternativas y Ecodiseño
Análisis de la Interfase del Envolvente

Introducción al material y al objeto
Las películas plásticas son generalmente hechas con resinas adhesivas y de polietileno de baja densidad (PEBD, o LDPE por sus siglas en inglés Low Density Polyethylen). El polietileno es un polímero termoplástico que por el procedimiento de extrusión soplado se transforma en una película flexible, la cual desempeña un papel dominante dentro del campo del envase y embalaje.
Las características fundamentales que han dado origen a su desarrollo tan espectacular, se basan en su elevada resistencia mecánica, buena transparencia y facilidad de procesado. Todo este conjunto, unido a su bajo costo, hace de este material una lámina universal para fines de embalaje.
La película de polietileno de baja densidad es un material transparente, fácilmente sellable por calor, con propiedades barrera al vapor de agua y perfectamente imprimible pudiéndose obtener extraordinarias calidades de impresión. Su campo de aplicación es muy amplio, bien transformado en bolsas y sobres o aprovechando su correcta termo-sellabilidad para trabajar en máquinas automáticas de envasado.
Este trabajo hace un diagnóstico sobre la funcionalidad de las películas plásticas, estudia su ciclo de vida y promueve una alternativa a su uso como envolvente de alimentos empaquetados, en particular panes y galletas.


Diagnóstico de su funcionalidad
La función de interfase de un envolvente, entendida como la zona que media entre un ambiente interior y uno exterior, generalmente debe cumplir con otras funciones definidas como proteger, cubrir, aislar y permitir o bloquear la comunicación de adentro hacia afuera y viceversa, dependiendo del objeto. Pero al mismo tiempo que debe ser eficiente con estas funciones, también debe ser un material que minimice los impactos negativos a la salud y al ambiente al finalizar su ciclo de vida.
Para el caso del material y objeto estudiados en este trabajo, se cumplen satisfactoriamente casi todas las funciones de interfase. Las películas plásticas utilizadas para envolturas de alimentos aíslan el producto en el interior del empaque de las condiciones ambientales exteriores, lo que garantiza la calidad y propiedades de los alimentos por más tiempo: frescura, sabor, olor, apariencia y textura. Por otro lado, el uso del polietileno de baja densidad permite que el empaque sea flexible, transparente y que en él se pueda imprimir cualquier etiqueta o imagen; lo que permite que el consumidor vea el producto dentro del empaque, y que el productor pueda etiquetarlo y utilizar mercadotecnia para atraer la atención del consumidor.
En cuanto a la función de protección el envolvente analizado no cumple eficazmente, pues no es resistente contra impactos ni estiba mínima en el proceso de distribución y transporte de los productos, lo que aumenta el riesgo de maltrato y rechazo por parte del consumidor, además de dificultar las tareas de manejo.
No obstante, el problema más significativo de estos envolventes es cuando se convierten en residuo pues se genera mucho volumen contra la cantidad reciclada y no se debe precisamente por la dificultad del procedimiento para reciclar, sino porque es más barato producir nuevas películas, como se describe a continuación en el ciclo de vida de este material.


Ciclo de vida del material

Materia Prima

La mayoría de los plásticos sintéticos son derivados del petróleo, y representan el 9% del total de la producción de crudo. El petróleo crudo se destila en la columna de fraccionamiento y se descompone, según los diversos puntos de ebullición, en gas, gasolina bruta, diesel, fuel doméstico y gasóleo. Todos son hidrocarburos y se diferencian entre ellos por el tamaño y la forma de sus moléculas. La fracción más importante para la fabricación de plástico es la gasolina bruta (nafta). Se descompone térmicamente en el llamado “proceso de desintegración catalítica” y se convierte en etileno, propileno, butileno y otros compuestos de hidrocarburo.
Del monómero al polímero
La polimerización, conocida desde 1930, consiste en una reacción química a temperatura ambiente –usando catalizadores de endurecimiento y aceleración en la mayoría de los casos- que, a partir de moléculas pequeñas de doble enlace (monómeros), crea una cadena molecular larga sin formación de subproductos en la reacción. El etileno aquí se polimeriza a polietileno (PE).
Del polímero al granulado
Para que esta mixtura moldeable se pueda almacenar, transportar, dosificar y fundir fácilmente, los polímeros se transforman primero en granulado. En este proceso, la mixtura moldeable de plástico se presiona a través de un tamiz perforado para formar un número adecuado de cordones. A continuación, éstos se templan en un baño de agua y se procesan en gránulos de unos milímetros de longitud en el granulador.

Impactos por extracción de materias primas
La producción del petróleo y el gas requiere múltiples actividades industriales en el sitio durante la vida del yacimiento. La construcción de las plataformas, los caminos de acceso, el(los) campo(s) de aviación, los oleoductos de recolección y transporte y las instalaciones auxiliares de apoyo causarán mucha alteración de la superficie, tráfico de ruido y emisiones atmosféricas y una afluencia de trabajadores de construcción. La producción de los campos pequeños y la producción inicial de los grandes, puede ser llevada a las refinerías por camión, aumentando el tráfico, los accidentes y los derrames de petróleo. En las áreas remotas, se requerirán instalaciones para el personal permanente de operación y mantenimiento. Las operaciones de la producción limitan los otros usos de la tierra en el área. Habrá ruido y emisiones atmosféricas permanentes, como resultado de la operación de los equipos, la descarga de las aguas producidas tratadas y los derrames de petróleo. Puede haber contaminación atmosférica a causa de la quema de los gases indeseables, las descargas del gas sulfuroso (sulfuro de hidrógeno), y la quema de los pozos de desechos de petróleo. Esto también incluye la muerte de los animales marinos.


Transformación y procesamiento

Para la fabricación de películas y perfiles se utiliza el extrusor, maquina que procesa todo tipo de termoplásticos.
En el moldeo por extrusión se utiliza un transportador de tornillo helicoidal. El polímero es transportado desde la tolva, a través de la cámara de calentamiento, hasta la boca de descarga, en una corriente continua. A partir de gránulos sólidos, el polímero emerge de la matriz de extrusión en un estado blando. Como la abertura de la boca de la matriz tiene la forma del producto que se desea obtener, el proceso es continuo. Posteriormente se corta en la medida adecuada.
En esto proceso se funde polietileno de baja densidad. El fundido es extruído a través de una matriz anular. Se introduce aire inflando el tubo del polímero extruído para formar una burbuja del diámetro requerido, la que es enfriada por una corriente de aire. La película es arrastrada por un par de rodillos que aplastan la burbuja manteniendo así el aire empleado para inflar la burbuja dentro de ella.
Impactos por transformación y procesamiento
El impacto en la extracción y fabricación de las materias primas de los plásticos es el mismo que se produce en la industria de la extracción y refinamiento del petróleo. Este tipo de industria es una de las más contaminantes que existen.
Insertos en un negocio global de 350 mil millones de dólares por año, los plásticos usan el 9 por ciento de la producción mundial de petróleo.
Se requiere una gran cantidad de energía para el proceso de fabricación de las películas plásticas. Se calculó que la energía utilizada para producir este tipo de plástico en 2007 fue de 50 mil millones de barriles de petróleo.
Se emiten grandes cantidades de gases de efecto invernadero a la atmósfera, lo que contribuye al calentamiento global.


Transporte y distribución

En esta etapa del ciclo debe analizarse el transporte y distribución del material, que como se mencionó es un derivado del petróleo. Por lo tanto, la materia prima implica un transporte del yacimiento de petróleo hacia la refinería por buque cisterna (petroleros) o por oleoductos. Cualquiera implica un gasto considerable de energía. Posteriormente el producto destilado del cual se obtiene etileno (nafta), es transportado a una planta donde convierten el monómero en polímero y luego en gránulos. De ahí es transportado y distribuido a las empresas dedicadas a la fabricación de plásticos, donde es convierto en película plástica. Los rollos de películas plásticas después son llevados a otras plantas donde son cortados y en donde se hacen las impresiones para los empaques. Posteriormente son llevados a las plantas donde se producen los alimentos que serán envueltos con las películas plásticas para el embalaje final.
Luego, los productos son transportados a los puntos de venta. En este paso se pueden encontrar puntos intermedios de transporte, como almacenes. Una vez que los productos son consumidos, y los envolventes desechados, se requiere que sean recolectados y transportados a un centro de acopio donde son separados y llevados a procesos de reciclaje, o directamente a una estación de transferencia de basura, que irá a depositar las envolturas al sitio de disposición final.
Por sus características los plásticos generan problemas en la recolección, traslado y disposición final. Por ejemplo, un camión con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes, transportará apenas 6 ó 7 toneladas de plásticos compactado, y apenas 2 de plástico sin compactar.


Consumidor

La evolución del consumo de los plásticos tiene tendencia a crecer en México como en el resto del mundo. El mayor consumo de plástico en el país corresponde al Polietileno de Baja Densidad, con aproximadamente 370,000 toneladas por año.
El polietileno de baja densidad y su variedad lineal se transforman en más del 90% en películas para bolsas y envolturas.
No está convenientemente demostrado que algunos de los plásticos utilizados como envases y embalajes sean materiales inertes, que en ningún caso cedan componentes a los alimentos.


Desecho
Todos los empaques de alimentos hechos con películas plásticas son desechados una vez que cumplieron con las funciones de envolvente.
Cada año se producen 100 millones de toneladas de plástico en todo el mundo, de las cuales aproximadamente la mitad se recicla (escenario optimista) y el resto termina en vertederos, en ríos y en el océano.
Si los envases de plástico se llevan a un vertedero, lo llenarán fácilmente debido al gran volumen que tienen, y permanecerán allí durante muchísimos años porque no se degradarán; además, los aditivos que contienen se pueden desprender fácilmente y migrar hacia las aguas subterráneas.
Si los envolventes en lugar del vertedero se llevan a incinerar, se tiene que tener cuenta todas las emisiones contaminantes que se producen al incinerar cualquier plástico (aunque se pongan los filtros adecuados): desde grandes cantidades de CO2 hasta metales pesados, o en algunos casos substancias más peligrosas que las que se han incinerado.
El plástico tarda entre 100 y 500 años en degradarse, pero no desaparece nunca del medio ambiente. Un ejemplo de ello es el famoso Parche de Basura del Océano Pacífico, donde hay 100 millones de toneladas de basura en una mancha aproximada de 1 760 000 mil kilómetros cuadrados.
El Programa de la ONU para el Medio Ambiente, el Pnuma, realizó un estudio en el que fotografió y analizó miles de millas de mares y océanos del planeta. La conclusión es terrible: en cada kilómetro cuadrado de agua salada hay 18 mil restos plásticos flotando. Por supuesto que todo esto implica el deterioro ambiental de los ecosistemas acuáticos y la muerte directa de miles de animales por el consumo o asfixia de materiales plásticos.

Reciclaje

El plástico es un material que es 100% reciclable. El plástico está hecho por petróleo, material no renovable que dadas las perspectivas de su extinción se ha vuelto y volverá cada vez más costoso.
Primero deben separarse los distintos tipos de plásticos en fracciones individuales o al menos compatibles. Luego existen dos opciones para el reciclaje de plásticos: mecánica o químicamente.
El reciclaje mecánico consta de las siguientes etapas:
Trituración para obtener hojuelas; remoción de contaminantes (p.e: etiquetas de papel) mediante ciclones; lavado; secado; extrusión para formar pellets (los pellets serán la materia prima para realizar nuevos objetos en plástico).
El reciclaje químico es más complejo, siendo necesario descomponer el polímero de plástico de modo de recuperar su forma como monómro y luego realizar su re – polimerización. En estos casos el material reciclado es indistinguible del material virgen. Este proceso es muy común para reciclaje de productos realizados en PET. Sin embargo, por un tema de escala de producción, este proceso suele ser más costoso que la polimerización de material virgen directamente.
El hecho de que este material no sea biodegradable, hace que su disposición por enterramiento genere un pasivo ambiental muy importante, ya que el plazo necesario para su degradación es muy alto.
Por otra parte, también se ha demostrado que el consumo de energía en el reciclado de plástico es menor al necesario para la fabricación a partir de material virgen.
Son pocos los países del mundo que cuentan con reservas de petróleo, que permita la obtención de plástico de forma más económica. Por lo tanto, en general es necesario importar este recurso para fabricar artículos de plástico. Reciclar este material permite el ahorro de divisas, sobre todo cuando los precios del petróleo aumentan. Los precios pagados por este los residuos de este material suelen ser muy variables según los precios del momento del petróleo.
El hecho de que exista gran diversidad de resinas plásticas vuelve más complicado el reciclaje de plásticos, ya que se vuelve necesaria una correcta clasificación para su posterior reciclaje. Por lo tanto, la etapa previa de identificación y clasificación se vuelve fundamental, pero no siempre es sencillo reconocer los distintos tipos si estos no están correctamente identificados con su simbología. Reciclar plásticos estando estos mezclados lleva a la obtención de materiales de menor calidad y resistencia.
La presencia de contaminantes como papeles, restos orgánicos, metales, etc, dificulta el procesamiento y por ende el precio que pagará el reciclador al comprar estos materiales.
Otro factor a tener en cuenta es que el precio que se paga por los plásticos a reciclar, varía según el precio del petróleo, por lo tanto se trata de un mercado fuertemente variable, pudiendo afectar la sustentabilidad del negocio. Por ejemplo, según el Departamento de Medio Ambiente del San Francisco, cuesta $4000 dls. procesar y reciclar 1 tonelada de plástico polietileno (bolsas de supermercado), cuando en el mercado podrá ser vendida en $32 dls.
Dato: Por tonelada de plástico reciclado se ahorran 11 barriles de petróleo.
El gasto energético que significa para las industrias fabricar plásticos es de 4,500 Kcal/Kg con materia virgen, mientras que solo requiere 500 Kcal/Kg con materia reciclada, lo que se traduce en un ahorro del 89% de energía.


Alternativas

En observancia de que uno de los principales problemas en el ciclo de vida de las películas plásticas es la generación de basura y que su reciclaje no es tan rentable, se han estado desarrollando tecnologías para incorporar materiales que cumplan con las mismas características del polietileno de baja densidad, pero que su composición permita que al término de su vida útil se degrade, y se reduzca el impacto negativo al medio ambiente.

Plásticos degradables
Se define un envase plástico degradable como aquel que está constituido por un material plástico tal que permite mantener completamente la integridad física durante su manufactura, posterior almacenamiento, envasado, vida en estantería y uso por parte del consumidor. Al final de su vida útil es desechado y comienza a cambiar químicamente por influencia de agentes ambientales, que lo transforman en sustancias simples ó en componentes menores que eventualmente se asimilan al medio ambiente. Si esos agentes son entes biológicos, fundamentalmente microorganismos (bacterias, mohos, etc.) el material se denomina biodegradable y los productos de la degradación aeróbica son principalmente dióxido de carbono y agua. Si la degradación es anaeróbica los productos principales son: el metano y dióxido de carbono.
Los bioplásticos son fabricados a partir de recursos renovables de origen natural, como el almidón o la celulosa. Para crear un bioplástico, los científicos buscan estructuras químicas que permitan la degradación del material por microorganismos, como hongos y bacterias. Ya se han encontrado varios métodos para hacer plástico biodegradable, ahora se debe encontrar el término justo entre la durabilidad y la rápida descomposición. El bioplástico emite entre 0,8 y 3,2 toneladas menos de dióxido de carbono por tonelada que el plástico derivado del petróleo.
Un ejemplo de bioplástico son los polihidroxialcanoatos (PHA), una familia de plásticos biodegradables de origen microbiológico doblemente ecológico, al ser biodegradables y originados por recursos renovables; o el polietileno obtenido 100% a partir de etanol de caña de azúcar.
Para los plásticos derivados del petróleo existe la tecnología oxodegradable, al que hay que añadir una pequeña parte de sales de metales pesados (las cuales son totalmente inocuas) para que las cadenas de polímeros se desintegren y aceleren la biodegradación a tan solo 3 o 5 años en lugar de más de cien que le toma al plástico convencional.
La siguiente tabla compara alguna de las características de los plásticos biodegradables contra los oxodegradable, ambos mejores alternativas que las actuales películas plásticas.
Bibliografía
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1 comentario:

  1. Demasiada información en el blog, falta Buen análsis de el desempeño del material, incluyendo las desventajas que ofrece el producto. No incluyes factores de impactos a la salud del producto. El origen interesante, los datos son claros y contundentes. Interesante la mancha del pacífico. Conclusión buena respecto al reciclaje contra los plásticos biodegradables, incluyendo la manera de que se reintegran.

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