Reciclaje de botellas de PET (polyethylene therephthalate) para obtener fibra de polister.

Prof. Ing Marcos Ruiz Ruiz Mruiz@ulima.edu.pe

Prof. Ing Laura Mansilla Prez Lmansill@ulima.edu.pe

1. Introduccin. La conciencia ambiental y el reciclaje.

La conciencia ambiental que lleva a la ingeniera a la configuracin de sistemas tecnolgicos y procesos productivos eficientes que armonicen con el entorno; deriva necesariamente en la idea de reciclar. El desarrollo industrial y tecnolgico, si bien ha trado innumerables beneficios sociales, tambin ha tenido repercusiones negativas y de difcil reversibilidad en el planeta. Por todo ello, resulta un imperativo la formacin en una slida tica ambiental en las Facultades y Escuelas de Ingeniera, as como la divulgacin sostenida de alternativas de tecnologas limpias que contribuyan a palear los efectos nocivos que la sociedad posmoderna est generando en el planeta.

En tal sentido, y dado el importante auge que ha tenido la industria de bebidas gaseosas en los ltimos aos, se han desarrollado en el mundo diferentes tecnologas que recuperan y reutilizan los envases plsticos de bebidas gaseosas no retornables y retornables1 , haciendo de este sector un poco menos perturbador del entorno ambiental.

Las botellas de PET2, polmero producto de la policondensacin del cido tereftlico y el glicol etilnico, han ido desplazando en el tiempo a las botellas de vidrio y constituyen la forma clsica y ms extendida de presentar al mercado actual los refrescos y bebidas gaseosas, entre otros productos. El PET se desarroll inicialmente en la dcada de 1940 y, pese a que inicialmente se usaba para la produccin de una fibra que combina muy bien con otras para la industria textil, su desarrollo se extendi a la fabricacin de cintas de empaque en la dcada de 1960 y posteriormente, a la manufactura de los mencionados envases en los setentas.

En las siguientes lneas abordaremos brevemente la dinmica de importacin y consumo de las resinas de PET y la evolucin del sector industrial de bebidas gaseosas en nuestro pas, para luego proponer una alternativa de proceso de reciclaje mecnico orientado a la produccin de fibra corta de polister. Sin embargo, resulta pertinente hacer la salvedad respecto a las infinitas posibilidades de recuperacin de PET existentes y que no son materia de anlisis ms profundo en este artculo. Algunas de ellas corresponden a reciclajes qumicos, en los que gracias a tratamientos diversos como alcohlisis, gliclisis, hidrlisis, saponificacin, etctera; se efecta la reconversin del polmero a los monmeros de partida o sus componentes base. En otros mtodos de reciclaje energticos, el calor de los residuos de PET incinerados se recupera en una caldera para uso de vapor o

1 Recordemos que un envase con un ciclo de vida til, por muy extenso que ste sea, termina

indefectiblemente tambin en el botadero. 2 Tereftalato de polietileno.

2

generacin de energa elctrica. Esta ltima alternativa sin embargo, puede traer consigo emisiones txicas de no manejar adecuadamente el polmero incinerado.

2. La naturaleza del PET y la dinmica de la importacin de resinas PET en el pas.

Un kilogramo de PET (tereftalato de polietileno) est compuesto por 64% de petrleo, 23% de derivados lquidos de gas natural y un 13% de aire3. El paraxileno, extrado del petrleo crudo, permite la obtencin del cido tereftlico al oxidarse con el aire. Por su parte, el etileno derivado del gas natural, se oxida con aire para la obtencin del etilenglicol. El PET resulta de la combinacin del cido tereftlico y el etilenglicol.

Entre los usos ms generalizados de este polmero, destacan la fabricacin de preformas de botellas para la industria de bebidas gaseosas y agua mineral; as como para cosmticos, medicinas, aceites y frascos de todo tipo. Tambin de PET se fabrican cintas de video y audio, bandejas para microondas, geotextiles y fibras para la industria textil.

En cuanto al PET, usado masivamente en la industria de bebidas, registra una participacin de alrededor del 65% de todos los envases. Este insumo se importa como resina ante el escaso desarrollo de la industria petroqumica nacional y su costo incide considerablemente en los mrgenes industriales. Ello hace que la industria de bebidas gaseosas sea muy dependiente de las fluctuaciones en la cotizacin internacional del insumo. En el ao 2007 el precio promedio de importacin de resina PET alcanz los US$ 1471 por TM. La principal procedencia de la resina para la elaboracin de envases es Estados Unidos (43%) y Taiwn (41%)4. Otros pases proveedores en menor escala son China, Korea, Hong Kong y Colombia. El Grfico 1 muestra tal distribucin de proveedores. El Grfico 2 presenta el consumo de resinas de PET en los ltimos aos.

3 Plastivida Argentina. Entidad tcnico profesional especializada en plsticos y medio ambiente.

Caractersticas y usos de los plsticos: El Tereftalato de Polietileno [en lnea]. Crditos [Consulta: 20 de abril del 2009.] 4 Maximixe. CASER, Club de Anlisis de Riesgos. Gaseosas. Marzo, 2008. Pg 26.

3

Grfico 1 Proveedores de resinas PET (% de participacin)

Fuente: Sunat - Maximixe

Grfico 2 Consumo de resinas PET (miles de TM)

Fuente: Ministerio de la Produccin (Produce) Instituto Cuanto

Hong Kong,

2%

Colombia,

1%

Otros, 3%

Taiwn, 41%EEUU, 43%

China, 8%

Korea, 2%

34.7

47.4

55.259.1

64.067.2

70.1

76.3

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

4

Los ltimos aos se han caracterizado por una atractiva demanda interna que benefici a la industria de bebidas gaseosas. Este escenario favoreci, como era de esperar, la entrada de nuevas marcas al mercado que generaron un mayor aumento en las importaciones de resinas PET para la fabricacin de las preformas de botellas. Son dos las empresas locales que fabrican en conjunto ms de 1300 millones de envases PET al ao. Se trata de San Miguel Industrial y Amcor Pet Packaging, cuya produccin presenta cierta estacionalidad a causa del fuerte aumento de la demanda de sus compradores durante los meses de verano. En los meses invernales, procuran compensar la cada en la demanda (especialmente de botellas familiares) con envos al exterior y con la fabricacin de envases personales5. San Miguel Industrial destin en el 2008 el 83% de sus exportaciones (alrededor de 400 millones de unidades de preformas PET) a Colombia, Bolivia y Ecuador. Por su parte, Amcor Pet Packaging destin el 47% de sus exportaciones (89 millones de preformas PET) a Venezuela y Repblica Dominicana. El mercado colombiano se est volviendo atractivo para esta empresa, ya que los volmenes de exportacin a ese pas van en aumento6. El Grfico 3 y el Grfico 4 presentan los principales importadores de resinas PET para la fabricacin de preformas y el precio promedio de tales importaciones, respectivamente.

Grfico 3 Principales importadores de resinas PET (% volumen de importacin en el 2007)

Fuente: Sunat Maximixe

5 Maximixe. CASER, Club de Anlisis de Riesgos. Envases plsticos. Febrero, 2009. Pg 82.

6 Ibd. Pg. 139.

Amcor Pet

Packaging

del Per,

34%

San Miguel

Industrial,

56%

Ajeper, 6%Otros, 4%

5

Grfico 4 Precio promedio de importacin de resinas PET (US$ / TM)

Fuente: Ministerio de la Produccin (Produce) Maximixe

3. La dinmica local en la produccin de bebidas gaseosas.

El crecimiento de ste sector industrial se ha presentado en la ltima dcada prcticamente de manera sostenida, aunque con algunas desaceleraciones estacionarias. El dinamismo reciente de bienes sustitutos como nctares, jugos de frutas y el agua embotellada puede considerarse una de las causas de stas desaceleraciones, as como una leve tendencia del consumidor a adquirir productos naturales y saludables.

En el ao 2007, por ejemplo, el sector present una desaceleracin al registrar un discreto crecimiento de 0,3% frente al 4,9% del 2006. Si bien la prolongacin del invierno del 2007 pudo haber afectado la demanda de bebidas gaseosas, tambin lo ha hecho los altos precios de los principales insumos de la industria (como el azcar) cuyos incrementos no pueden ser trasladados al consumidor por la alta sensibilidad del precio respecto a la demanda. El Grfico 5 presenta la produccin mensual de bebidas gaseosas con dulce y sin dulce7.

7 Cabe mencionar que el volumen de produccin de bebidas gaseosas sin dulce (lights) se ha

mantenido constante en los ltimos aos y, en trminos de proporcin, no resulta significativa respecto a los grandes volmenes de gaseosas con dulce que produce el sector de nuestro inters.

500

700

900

1100

1300

1500

1700

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

6

Grfico 5 Produccin anual de bebidas gaseosas (millones de litros)

Fuente: Ministerio de la Produccin (Produce) Instituto Cuanto

El consumo per cpita de bebidas gaseosas en el Per es inferior a los 50 litros anuales por persona. Este promedio se ha mantenido prcticamente constante en los ltimos aos y est muy por debajo del promedio latinoamericano que bordea los 70 litros. Mxico tiene un consumo per cpita de 120 litros, Chile 90 litros y Argentina 70 litros8. En provincias, el ratio resulta an ms bajo ya que aproximadamente el 42% del consumo de gaseosas est concentrado en Lima. El Grfico 6 muestra la evolucin del consumo per cpita de gaseosas en nuestro pas.

8 Maximixe. CASER, Club de Anlisis de Riesgos. Gaseosas. Marzo, 2008. Pg 82.

495

511

1081 1228

1226

1253

1327

1295

1358

1355

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

7

Grfico 6 Consumo per cpita de bebidas gaseosas (litros anuales por persona)

Fuente: Ministerio de la Produccin (Produce), Sunat, Inei Maximixe

4. El proceso de conversin de botellas PET a fibra corta de polister.

Detallaremos ahora, por etapas, la propuesta de fabricacin de fibra corta de polister a partir del scrap de botellas transparentes de PET. El scrap de botellas de PET se obtiene luego de proceder a la segregacin de las botellas. Primero, stas son clasificadas por color, luego se les retiran tapas y etiquetas para finalmente, ser molidas y obtener las hojuelas (scrap) de PET transparente. Este insumo tambin se puede adquirir directamente a proveedores locales o, en su defecto, incluir su produccin en el propio proceso de fabricacin de la fibra corta de polister.

Inspeccin

El proceso de produccin de la fibra corta de polister depende de una apropiada eleccin de la calidad del scrap de PET. Esto se logra con la adecuada seleccin del proveedor, quien debe ser capaz de suministrar un insumo con la calidad requerida. Sin embargo, para salvaguardar la calidad del producto final, es necesario empezar el proceso productivo con la inspeccin y limpieza del material; evitando la presencia de residuos no plsticos, suciedad, restos metlicos, compuestos de papel o cartn, etctera.

43.5

44.0

44.5

45.0

45.5

46.0

46.5

47.0

47.5

48.0

48.5

2001 2002 20032004

20052006

2007

46.5

45.345.6

48.2

46.2

47.7

47.1

8

Lavado

El scrap de PET, libre ya de contaminantes9, es lavado con agua a presin que contiene proporciones convenientes de detergente industrial para un proceso ms efectivo. El material es enjuagado con agua pura y luego, es depositado en recipientes que tienen como base una malla metlica antioxidante de no ms de 1/8 de pulgada de dimetro que permita que fluya el agua con los residuos an presentes. Con ayuda de los recipientes, el scrap es luego transportado a la secadora.

Secado

Los fragmentos de PET, ya inspeccionados y limpios, antes de entrar al proceso de fundido para el hilado, deben ser secados bajo un constante control de temperatura. El secado puede ser al vaco (vaccum dryer) o en su defecto, se puede emplear un sistema sencillo de flujo de aire caliente, gracias a resistencias elctricas, suministrado por un ventilador. Posteriormente, el scrap ya libre de cualquier vestigio de humedad, puede continuar con el proceso siguiente.

Fundido, filtrado y extrusin para hilatura

Todo proceso de hilatura de fibra artificial se basa en tres etapas generales. Primero, la preparacin de una solucin viscosa (tipo jarabe). Segundo, la extrusin de sta solucin a travs de una tobera para formar la fibra. Finalmente, la solidificacin de la fibra por coagulacin, evaporacin o enfriamiento.

El scrap de PET se constituye en solucin fundindolo10. sta solucin se conoce como solucin de hilatura o pasta hilable. La solucin se filtra antes de ser extruida.

La extrusin es una parte muy importante del proceso de hilatura. Consiste en forzar o bombear la solucin de hilatura a travs de los pequeos orificio de una hilera o tobera. Una hilera es una boquilla pequea, semejante a un dedal. Las fibras obtenidas por la extrusin, se enfran y endurecen al hacer contacto con el aire. Fibras de varias hileras se recolectan para elaborar una mecha. Cada mecha contiene unos 2400 den11. Las mechas se unen para formar el sub-tow que se coloca en recipientes (canecas) capaces de almacenar hasta 300 kilogramos12. Luego, las canecas se colocan en filetas13 esperando la siguiente etapa del proceso.

9 Hay que cuidar la no presencia de PVC, nocivo para el funcionamiento de la maquinaria. Si el PET

se contamina con PVC, su valor comercial disminuir drsticamente. Inclusive, dependiendo de su nivel de contaminacin, puede quedar inservible. Tampoco debe haber presencia de otros polmeros que alteraran el proceso por sus diferentes puntos de fusin (PP, HDPE, LDPE, PPS, etctera). 10

El punto de fusin del PET est alrededor de los 250 o 260 C. 11

El denier (den) es un indicador que relaciona el peso y la longitud del filamento. Un denier (1 den) significa que 9000 metros de ese filamento, pesa un gramo (1g). 12

Un grupo de mechas formarn el llamado sub-tow de 40000 den. 13

Una fileta puede tener 24 canecas. Cada una contiene el llamado sub-tow.

9

Estiramiento

Previo bao en una emulsin de agua y aceite, el sub-tow debe ser estirado. Las fibras artificiales, al ser extruidas, presentan un estado molecular aleatorio, sin orientar. El estirado o alargamiento aumenta la cristalinidad y distribucin interna ordenada, reduce el dimetro (disminuyendo por consiguiente el ttulo o denier) y agrupa las molculas juntndolas ms. La cristalinidad y orientacin se relaciona con propiedades fsicas de la fibra. La resistencia a la abrasin, la elongacin, la absorcin de humedad, as como la receptividad de la fibra a los colorantes, son algunas de esas propiedades.

Los polisteres deben estirarse en caliente para que la alineacin molecular sea efectiva. Las cadenas moleculares se mantienen unidas entre s por enlaces cruzados o por fuerzas intermoleculares (llamadas enlaces de hidrgeno y fuerzas de Van der Waals). Las fuerzas son similares a la atraccin entre un imn y un trozo de hierro. Mientras ms cerca estn las cadenas unas de otras, ms fuertes sern los enlaces. El enlace de hidrgeno es la atraccin de los tomos positivos de hidrgeno en una cadena, por tomos negativos de oxgeno o nitrgeno de una cadena continua. Las fuerzas de Van der Waals son similares pero ms dbiles14.

Rizado (crimpado) y Secado

El rizado de la fibra se refiere a las ondas, quiebres, rizos o dobleces a lo largo de la longitud de la misma. Este tipo de ondulacin aumenta la cohesin, resiliencia, resistencia a la abrasin, elasticidad, volumen y conservacin del calor. El rizado tambin aumenta la absorbencia y, si bien favorece la comodidad al contacto con la piel, puede reducir el lustre. Una forma comn de rizado es el mecnico, que se imparte a la fibra hacindola pasar a travs de rodillos gravados, torcindolas o aplanando uno de sus lados.

El rizado o crimpado favorece la cohesin. Es decir, la capacidad de las fibras de permanecer juntas durante la hilatura. Adems, contribuye a darle resistencia al deshilachado de la tela posteriormente15.

El sub-tow, una vez rizado, pasa por un tnel de secado a fin de fijar el rizo en la fibra. La mecha continua se llama ahora tow, quedando lista para la obtencin de fibra corta dndole la longitud de corte deseada (1.5 den y 3 den para la mezclas con algodn y rayn respectivamente). Tambin el tow puede ser eventualmente acondicionado para mezcla con lana si es cortado especialmente para este fin (unos 6 den).

Cortado y Embalado

Finalmente, el tow se corta en las longitudes predeterminadas y se embala en pacas de unos 300 kilogramos, ajustadas con zunchos de plstico. El producto final est listo para ser comercializado bajo el nombre de fibra corta de polister, de acuerdo a las especificaciones solicitadas y requeridas por el mercado.

14 Hollen, Norma. Manual de los Textiles. 1990. Pp. 139-140.

15 Ibd. Pg. 139.

10

A continuacin, presentamos el Diagrama de Operaciones del Proceso a fin de resumir las etapas anteriormente descritas.

Grfico 7

11

Elaboracin propia.

12

5. Conclusin. Los usos del polister reciclado.

La necesidad de buscar alternativas de reutilizacin para algunos materiales, radica en el imperativo tico de preservar nuestro planeta, ya desgastado y afectado por la contaminacin. Reciclar PET es reintegrar este polmero en un nuevo ciclo productivo como materia prima. Las botellas sin pigmento (transparentes) tienen mayor valor para el reciclado por sus sendas posibilidades de uso; entre otros, como material de empaque, como lminas para termoformados, como madera plstica, tarimas y fibra de polister.

La atencin puesta en el presente artculo en la fibra corta de polister, radica en que es la fibra sinttica de uso ms extendido en la fabricacin de tejidos de diferentes caractersticas, ya sea como componente nico o mezclado con otras fibras naturales, como el algodn. Entre los productos fabricados a partir de sta fibra tenemos casacas, suteres, frazadas, alfombras, telas para decoracin (cortinas y tapicera), ropa de cama, tejidos anchos (toldos, lonas, carpas, cintas transportadoras, carteles luminosos, bolsos de viaje) y tejidos estrechos (cinturn de seguridad, cintas de transmisin, mangueras, etctera).

Finalmente, nuestra propuesta tiene por finalidad divulgar y sensibilizar, a los interesados en la tecnologa industrial del reciclaje, en torno a una de las tantas posibilidades de reutilizacin del PET; en una apuesta universal por tecnologas limpias que contribuyan a palear en algo el inmenso dao ambiental que en las ltimas dcadas hemos generado.

6. Bibliografa.

APREPET, A.C. [En lnea] . [Consulta: mayo del 2009.]

BRILN, S.A. Empresa productora de hilo de polister. [En lnea] . [Consulta: mayo del 2009.]

CUANTO. Anuario Estadstico Per en Nmeros. Lima, octubre 2008.

Hollen, Norma. Manual de los textiles. 5ta edicin. Mexico D.F.: Ediciones Ciencia y Tcnica S.A., 1990.

Maximixe. CASER, Club de Anlisis de Riesgos. Gaseosas. Marzo, 2008.

Maximixe. CASER, Club de Anlisis de Riesgos. Agua embotellada. Abril, 2008.

Maximixe. CASER, Club de Anlisis de Riesgos. Envases plsticos. Febrero, 2009.

Plastivida Argentina. [En lnea] . [Consulta: mayo del 2009.]

Ruiz Ruiz, Marcos. Estudio de prefactibilidad para la elaboracin de fibra de polister a partir de botellas desechadas de bebidas gaseosas. Tesis para optar el ttulo de Ingeniero Industrial. Lima: Universidad de Lima, 2001.