Caracterización microscópica de polímeros multicapa para envasado de alimentos

Cid Franco, Paula (2016). Caracterización microscópica de polímeros multicapa para envasado de alimentos. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Caracterización microscópica de polímeros multicapa para envasado de alimentos
Autor/es:
  • Cid Franco, Paula
Director/es:
  • Lorenzo Esteban, Vicente
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Julio 2016
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Física Aplicada e Ingeniería de Materiales
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

En la actualidad, la producción de polímeros se ha visto incrementada año tras año, dicha producción mundial se estima que es de 311 millones de toneladas en 2014 sin incluir fibras poliacrílicas. Aproximadamente el 40% de la producción está destinada al envasado, por lo que la problemática del reciclado de dichos envases toma gran importancia para los países. Este reciclado se ve dificultado con la aparición de los envases multicapa, envases que requieren una compleja caracterización con unas técnicas específicas. Debido a estos problemas surge la necesidad de la realización de este trabajo. La Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales trabaja con frecuencia en proyectos de investigación de polímeros, tanto internos como por contratación por parte de grandes empresas del sector. El objetivo principal de este trabajo es la caracterización por medio de técnicas microscópicas de polímeros multicapa los cuales se emplean para el envasado de alimentos. Para ello se propone una metodología para la caracterización de las muestras y varias técnicas de caracterización para contrastar los resultados obtenidos. En el caso de estudio se dispone de cuatro films proporcionados por el fabricante, el cual proporciona información de dichos films, por lo que una vez concluido el estudio se puede analizar si los resultados concuerdan con los proporcionados. Los polímeros son materiales producidos bien sintéticamente a partir de materia prima como petróleo, gas natural o carbón, o mediante transformación de macromoléculas naturales como la celulosa o las proteínas. Las principales propiedades de estos materiales son una baja densidad, la cual favorece al ahorro en el transporte, y bajas conductividades térmicas y eléctricas, debido a esta propiedad son comúnmente utilizados como aislantes. En sectores como en el de la alimentación es habitual la utilización de films multicapa para conseguir así unas propiedades determinadas. La caracterización para el reciclado de estos films se ve dificultada ya que pueden ser producidos por el método de co-extrusión con un cabezal común de hasta once salidas. La demanda de polímeros en la Unión Europea, Suiza y Noruega fue en 2014 de 47,8 millones de toneladas sin incluir fibras poliacrílicas. Dicha demanda se espera que siga aumentando con el paso de los años ya que únicamente en 2008 debido a la grave crisis económica sufrida se vio disminuida. España se encuentra en el quinto país con mayor demanda de polímeros, siendo esta un 7,4%. Aproximadamente un 50% de los envases empleados en Europa son producidos con polímeros debido a sus propiedades, las cuales cumplen normativas estrictas como puede ser en el sector alimenticio y dan lugar a un importante ahorro en el transporte. Uno de los principales objetivos tanto de los gobiernos como de organizaciones como Ecoembes es tener trazabilidad para así poder determinar responsabilidades de cara a la gestión de los residuos. Los residuos plásticos se gestionan de varias maneras, como son el uso de vertederos, la recuperación energética, la reutilización de envases o el reciclado. En España en 2014 se ha depositado aproximadamente el 50% de los residuos plásticos en vertederos, el 35% han sido reciclados y un 15% han sido incinerados para así generar energía. A pesar de lo que se pueda pensar, según un estudio publicado en la revista RPM en marzo de 2016, el nivel óptimo de reciclaje de plásticos para Europa actualmente está entre un 35% y un 50%, utilizando la cantidad restante para la recuperación energética. Un aumento del reciclaje sin tener las tecnologías necesarias podría dar lugar a costes sin obtener beneficios medio ambientales. El análisis de los resultados en el caso de este trabajo resulta una labor de comparación y comprobación con la bibliografía. Al disponer de los datos proporcionados por el fabricante resulta más sencillo llegar a una conclusión sobre la adecuación de las técnicas de caracterización que se proponen. Para la caracterización de los films se ha seguido una metodología que se ha implementado después de haber realizado pruebas y mejoras de la misma. El primer paso para la caracterización es la preparación de las muestras. Dicho paso es de vital importancia ya que si las muestras no se preparan correctamente los datos obtenidos en las pruebas podrían ser erróneos e incluso podría no apreciarse alguna de las capas. La preparación de las muestras comienza con la correcta elección de la resina empleada. El paso más importante es el lijado y pulido, para lo cual se han utilizado tres lijas diferentes, y el proceso ha durado 115 minutos aproximadamente. El segundo paso en la caracterización es la medición de los espesores de cada una de las capas de los films, para ello se ha empleado un microscopio. En la figura siguiente pueden apreciarse las capas del film base de saranizado. El tercer paso es la espectrofotometría Raman, gracias a la cual se puede determinar con gran exactitud a qué polímero corresponde cada capa. Para la determinación es necesario distinguir las bandas características del espectro y compararlas con datos bibliográficos. El cuarto y último paso de la caracterización es la medida de la dureza de cada una de las capas. Para ello se ha empleado un durómetro por indentación dinámica. Se obtienen numerosos valores de dureza, así como la curva fuerza – desplazamiento. El valor que se utiliza para la comparación con la bibliografía es el módulo de Young (E). Los resultados coinciden con los proporcionados por el fabricante en los cuatro casos. El tercer y cuarto paso son empleados para obtener información acerca del polímero, sin embargo, cabe destacar que para la caracterización mediante el espectrofotómetro Raman no es posible diferenciar entre polímeros con microestructuras diferentes, como puede ser el caso del PET cristalino y amorfo. Mediante la caracterización mecánica se podrán diferenciar entre microestructuras, por lo que la información obtenida será más precisa. Actualmente, la mayor parte de los productos consumidos por la población se comercializan de envases desechables, muchos fabricados con polímeros. Todos estos residuos generados diariamente terminan en su mayoría en vertederos como se ha comentado anteriormente, generando costes por la utilización de territorio y lo que es más importante, produciendo contaminación tanto ambiental como de tierras y aguas por filtraciones de los vertederos. El estudio de una correcta caracterización de los envases está directamente relacionado con un mayor y mejor reciclado y por lo tanto, una menor contaminación. Concluidos los experimentos previstos y analizados los resultados de los mismos, se verifica que dichos resultados corresponden con la información proporcionada por el fabricante. El principal objetivo se ha cumplido, se ha encontrado un método para caracterizar polímeros multicapa dentro de las limitaciones de este trabajo. Gracias a la caracterización mediante espectrofotometría Raman es posible la determinación del polímero por el que están formadas cada una de las capas, dicha información se ve complementada con la caracterización mecánica la cual no sólo da información acerca de qué polímero compone la capa, sino que aporta información acerca de la microestructura de dicho polímero. Los datos de dureza obtenidos para un mismo polímero, como puede ser el caso del PET, son muy diferentes en función de si se trata de PET cristalino o amorfo. Este caso concreto se ha analizado en el trabajo, los datos obtenidos para las capas de PET de dos de los films son muy dispares. Cabe destacar que este trabajo se trata de un proyecto real, los métodos descritos en la memoria se emplean en el laboratorio de Siderurgia de la Universidad Politécnica de Madrid de forma sistemática para caracterizar polímeros multicapa para el envasado. El objetivo a largo plazo es encontrar una caracterización óptima la cual sea posible implantar en las plantas de separación para así realizar un correcto reciclado de los envases.

Más información

ID de Registro: 43828
Identificador DC: http://oa.upm.es/43828/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:43828
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 04 Nov 2016 06:34
Ultima Modificación: 04 Nov 2016 06:34
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