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Proyecto: “Desarrollo de nuevas formulaciones para su uso en el proceso de
rotomoldeo”
Entregable E6
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Índice 1. Introducción ................................................................................................................................... 3
2. Objetivo ......................................................................................................................................... 4
3. Tareas desarrolladas ...................................................................................................................... 5
4. Resultados alcanzados ................................................................................................................... 6
5. Conclusiones ................................................................................................................................ 12
6. Referencias .................................................................................................................................. 13
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1. Introducción
El proceso de rotomoldeo es un proceso de transformación de plásticos empleado para la
fabricación de piezas huecas de un amplio rango de tamaños, desde pequeñas piezas como
cabezas de muñecas o maniquíes hasta contenedores, mobiliario o incluso embarcaciones,
donde el material, en polvo o líquido, se introduce en el interior del molde y éste es calentado
mientras se hace girar, consiguiendo la fusión del mismo y que se emplea para la fabricación de
piezas huecas.
Figura 1. Esquema del proceso de rotomoldeo. Tomada de Texto Científicos (2012)
Una de las principales ventajas que aporta frente a otros procesos de fabricación (inyección,
soplado, termoconformado, extrusión) es que pueden aplicarse tanto a materiales
termoplásticos como termoestables, en forma de polvo o en estado líquido. A diferencia del
resto de procesos, las piezas obtenidas por rotomoldeo poseen relativamente bajo niveles de
tensiones residuales y, además, la inversión destinada al molde necesario es baja.
Actualmente polietileno, en sus diversas formas, representa alrededor del 85% al 90% de todos
los polímeros que son rotomoldeados. El polietileno reticulado también es utilizado
frecuentemente en el moldeo rotacional. Los plastisoles de PVC constituyen aproximadamente
el 12% del consumo mundial, y el policarbonato, nylon, polipropileno, poliésteres insaturados,
ABS, poliacetal, acrílicos, celulósicos, epoxis, fluorocarbonos, fenólicos, polibutilenos,
poliestirenos, poliuretanos, y siliconas conforman el resto de los materiales utilizados en la
industria del rotomoldeo.
Productos que utilizan materiales de alto rendimiento como la fibra de nylon reforzado y los
conductos para aviones de PEEK muestran el potencial de la tecnología de rotomoldeo, aunque
realmente los productos realizados con estos materiales representan una fracción muy pequeña
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de la industria. También existen intentos de incluir fibras en las piezas rotomoldeadas pero hasta
el momento esto no se ha realizado comercialmente.
En cuanto al uso de aditivos, los más comúnmente empleados en rotomoldeo son los
antioxidantes y los aditivos UV y los colorantes:
- Antioxidantes: previenen la degradación y además mantienen el peso molecular del
material al evitar el craqueo. El efecto del antioxidante depende del tipo de resina y del
tipo de antioxidante en cuestión, para algunas resinas la adición de un antioxidante
puede incrementar la resistencia al impacto en diez veces, mientras que otro
antioxidante puede incrementar esta propiedad en tan solo 20 %. Compuestos basados
en aminas, fenoles y ésteres se usan en el rotomoldeo como agentes antioxidantes.
- Aditivos UV: mejoran el comportamiento de la pieza rotomoldeada expuesta a
prolongados intervalos a la luz solar. Algunos pigmentos como negro de humo y
ftalocaininas pueden suministrar cierta protección, pero a la vez aceleran el proceso de
degradación por oxidación. Se pueden emplear estabilizadores orgánicos como
benzofenonas (particularmente efectivas contra la degradación fotoquímica). Si además
se adicionan benzotiazoles, la unión de estos estabilizadores absorbe la radiación UV,
haciéndola menos perjudicial. Actualmente se emplean igualmente aminas ramificadas,
siendo estas últimas las más efectivas.
- Colorantes: Son sustancias que confieren color, generalmente homogéneo al sustrato
polimérico.
Aunque el proceso de rotomoldeo tiene numerosas características atractivas, la limitación más
importante es la escasez de materiales adecuados. Esto se debe principalmente a la severa
exigencia de tiempo-temperatura a la que se somete al polímero, y también debido a la
existencia de un mercado relativamente pequeño para las no-poliolefinas.
Las resinas especialmente desarrolladas para rotomoldeo disponibles en el mercado poseen
precios relativamente altos, debido a que los costos de desarrollo se trasladan al usuario.
Además, se debe considerar el costo adicional de la molienda de pequeña escala de los gránulos
de plástico a polvo y que las características inherentes térmicas y económicas de la producción
favorecen el proceso de pocas piezas, pero relativamente grandes y voluminosas tales como
tanques químicos.
2. Objetivo
Por esta limitación, en el presente proyecto se persigue ofrecer a la industria de rotomoldeo un
rango de materiales adecuado del que puedan disponer para el diseño y fabricación de piezas
plásticas huecas, de pequeño y gran formato, productos innovadores y diferenciados, con unas
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características novedosas, no presentes en el mercado. Se pretende desarrollar las siguientes
formulaciones:
a) Más respetuosas con el medio ambiente: basadas en materiales reciclados, biobasados
e incorporando residuos naturales.
b) Formulaciones con carácter hidrofóbico o superhidrofóbico mediante la incorporación
de aditivos, otorgando una protección natural de limpieza y desinfección.
Figura 2. Grado de hidrofobicidad tomada de QuimiNet (2014)
c) Más ligeras, con mejores propiedades térmicas, estabilidad dimensional y aislamiento
mediante espumación.
3. Tareas desarrolladas
El proyecto ha tenido una duración de doce meses y se ha estructurado en cuatro paquetes de
trabajo (PT), los cuales se describen a continuación:
PT 1: Estado del arte. Especificaciones de partida. Selección de materiales.
Se ha recopilado, clasificado e interpretado artículos, productos comerciales y patentes
existentes en el ámbito de los tres grupos de formulaciones consideradas en este proyecto.
También, se han definido las características que deben cumplir los materiales, tales como fluidez
(material base, aditivos…), tamaño y forma de partícula de los polvos, estabilidad térmica. Se
han determinado tanto las especificaciones y requerimientos de las formulaciones a desarrollar
como las de procesado. Los materiales seleccionados se han caracterizado con distintas técnicas
experimentales.
PT2: Preparación de formulaciones iniciales.
Para la obtención de piezas por rotomoldeo, se ha trabajado en dos vías de procesado: mezclas
físicas y mezclas mediante extrusión-compounding.
En el caso de los materiales en un formato distinto al del polvo, como por ejemplo el polietileno
de inyección, el material en base almidón, el PLA, aditivos y diferentes residuos naturales
(cáscara de almendra), ha sido necesario someterlos a un proceso de molienda, teniendo en
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cuenta que durante el proceso de triturado el material no sufriera grandes esfuerzos de cizalla
que pudiese llegar a degradar el material. En los casos de las mezclas de compound, se han
preparado mediante extrusión diferentes formulaciones y posteriormente se han triturado las
granzas obtenidas. Las formulaciones desarrolladas mediante compound también se han
caracterizado.
PT3: Pruebas de rotomoldeo preliminares.
Las pruebas de rotomoldeo se han realizado en una máquina a escala laboratorio. Se ha trabajo
con las formulaciones desarrolladas en el PT2. Se ha trabajado ajustando parámetros y tiempos
de ciclo.
Las piezas fabricadas se han caracterizado desde el punto de vista formal, visual y se han
determinado las propiedades mecánicas (tracción, dureza, impacto, flexión), físicas (densidad)
y en el caso de las formulaciones con aditivos hidrofóbicos, se han realizado medida de ángulos
de contacto.
PT4: Optimización de las formulaciones.
A partir los resultados obtenidos en las tareas desarrolladas en los paquetes 2 y 3 se ha
modificado las formulaciones para mejorar sus propiedades para cada caso.
Con las formulaciones reformuladas se han obtenido piezas con forma de cubo y se han
caracterizado de una manera más exhaustiva.
También se realizado el perfil ambiental de una de las formulaciones utilizando la metodología
de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) para conocer el impacto ambiental en las distintas etapas de
su ciclo de vida.
4. Resultados alcanzados
Los materiales se han seleccionado en base a las especificaciones y características que éstos
deben tener para su uso en rotomoldeo. Dichas características se recogen en la Tabla 1.
Tabla 1. Características de los materiales para rotomoldeo
Característica Requisito/Especificación
Tamaño y distribución del tamaño de partícula
Polvos de entre 150 y 500 μm. Importante que haya presente una porción de finos tanto para mejorar el flujo del polvo y el acabado superficial como la transmisión de calor.
Forma de las partículas Partículas cúbicas para favorecer la transmisión de calor por conducción
Peso molecular y distribución de pesos moleculares
El MFI debe ser entre 2 y 10 g/10 min.
Materiales con un MFI muy bajo presentan una viscosidad alta lo que dificulta el proceso de sinterizado y densificación
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que tienen lugar durante el proceso y además requiere de tiempos de ciclo elevados
Cristalinidad Una elevada cristalinidad provocará un mayor alabeo de la pieza final
Los materiales seleccionados según el tipo de formulación a desarrollar han sido los siguientes:
a) Más respetuosas con el medio ambiente: basadas en materiales reciclados, biobasados e incorporando residuos naturales.
Basadas en materiales reciclados procedentes de diferentes industrias de procesado (inyección y rotomoldeo)
Se ha trabajado con dos referencias de polietileno reciclado, una referencia de inyección y
otra de rotomoldeo (Figura 3).
A) B) Figura 3.Polietileno reciclado. a) Inyección, b) Rotomoldeo
Formulaciones biobasadas/biodegradables
Dentro de este grupo, se han considerado tres tipos de materiales biodegradables:
- Referencia de PLA (Figura 4.a) - Polímero basado en almidón (Figura 4.b) - Policaprolactona (PCL) (Figura 4.c)
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a) b) c)
Figura 4. Materiales biodegradables. a) PLA, b) Polímero basado en almidón y c) PCL
Formulaciones incorporando fibras de celulosa, cáscaras de frutos secos, carbonato de calcio procedente de la cáscara de huevo.
a)
b) c)
Figura 5. a) Diferentes tipos de fibra d celulosa, b) Cáscara de almendra y c) Carbonato de calcio procedente de la cáscara de huevo.
b) Formulaciones con propiedades de hidrofobicidad o superhidrofobicidad
Figura 6: Aditivo hidrofóbico
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c) Más ligeras, con mejores propiedades térmicas, estabilidad dimensional y aislamiento
mediante espumación.
a) b)
Figura 7. a) Microesferas, b) Agente espumante
Los materiales que de partida estaban en un formato distinto a polvo y las mezclas obtenidas mediante compound se han sometido a un proceso de molienda (Figura 8).
Figura 8. Imágenes del proceso de triturado
Las pruebas de rotomoldeo se han realizado en una máquina a escala laboratorio (Figura 10),
empleando un molde de geometría cuadrada de 150x150 mm (Figura 10) para obtener piezas
en forma de cubo.
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Figura 9. Máquina de romoldeo
Figura 10. Detalle del molde abierto
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Figura 11. Momento de la extracción de la pieza rotomoldeada
Se han realizado numerosas pruebas:
- Variando parámetros de rotomoldeo: velocidad de giro, temperaturas, tiempo de
ciclo, de todos los materiales.
- Se han realizado mezclas físicas y mezclas mediante compound adicionando
diferentes porcentajes de cargas como cáscara de almendra, fibras de celulosa,
carbonato de calcio procedente de la cáscara de huevo, llegando en algunos casos
hasta el 40% en peso de la carga.
- Se han realizado mezclas de material reciclado con material virgen (variando el
porcentaje de cada uno).
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- Se han incorporado aditivos con nuevas propiedades a diferentes porcentajes.
5. Conclusiones
A partir de la caracterización realizada de los cubos obtenidos, se extraen las siguientes
conclusiones:
- Los materiales empleados no presentan sustancias sujetas a requerimientos del
Reglamento 1907/2006 REACH relativo al registro, evaluación, autorización y
restricción de sustancias químicas.
- Para un mismo porcentaje de carga o refuerzo a incorporar, en el caso de las mezclas
físicas, cuanto más pequeño es el tamaño de partícula mayor dificultad para
rotomoldear.
- Las mejores propiedades mecánicas se obtienen de los cubos fabricados empleando
las formulaciones obtenidas mediante compound. La adición de aditivos
compatibilizantes mejoran las propiedades finales de la pieza.
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- Los mejores resultados se han obtenido con la incorporación de residuos naturales
y fibras naturales. La adición de aditivo superhidrofóbico produce un incremento
notable del ángulo de contacto no llegando alcanzar los niveles de
superhidrofobicidad.
- A pesar de obtenerse mejores propiedades mecánicas con las formulaciones
obtenidas mediante mezcla por compound, desde el punto de vista
medioambiental, la mezcla física es la opción más ecológica ya que si se realiza la
mezcla por extrusión, la ventaja medioambiental de las fibras lignocelulósicas se
pierde, en parte, por el mayor consumo energético en la etapa de procesamiento.
6. Referencias
QuimiNet (2014). La más avanzada nanotecnología para recubrimientos super hidrofóbicos de
altísima calidad basada en el efecto loto. Recuperado de:
https://www.quiminet.com/articulos/la-mas-avanzada-nanotecnologia-para-recubrimientos-
super-hidrofobicos-de-altisima-calidad-basada-en-el-efecto-loto-3733109.htm
Textos Científicos. 2012. Rotomoldeo. Recuperado de:
https://www.textoscientificos.com/polimeros/rotomoldeo
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