Reciclado de plásticos provenientes de artículos electrónicos. Incremento de las propiedades y del valor agregado del material final por compatibilización de los componentes de la mezcla

Abstract

La corriente de residuos provenientes de artículos de eléctrica y electrónica (RAEE) crece de manera exponencial y continua debido al incremento del consumo en productos de alta tecnología y corta vida útil. Esta corriente contiene grandes cantidades de plásticos, que poseen buenas propiedades de impacto con precios relativamente bajos. Sus componentes mayoritarios son el ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno) y el HIPS (poliestireno de alto impacto). Cada uno de ellos es una mezcla compleja de varios constituyentes cuya morfología presenta separación de fases. Dada la similitud en la composición química de estos materiales, la separación neta de los mismos es compleja y acarrea altos costos, por lo que el reciclado de estos componentes mezclados es una alternativa económica y ecológicamente viable. El objetivo general de este trabajo es aumentar el valor agregado de mezclas de HIPS/ABS provenientes de RAEE, mejorando su performance mecánica mediante una adecuada estrategia de compatibilización. La metodología incluye una búsqueda bibliográfica que permite conocer el estado del arte respecto de la composición mundial y nacional de esta corriente de residuos, su manejo, gestión y legislación pertinente, así también como antecedentes relativos a técnicas de reciclado y de compatibilización de mezclas HIPS y ABS. El problema se aborda estudiando la compatibilización por adición en fundido de mezclas HIPS/ABS tanto vírgenes como provenientes de RAEE, con distintas proporciones relativas, analizando desde la auto-compatibilización hasta el efecto del agregado de tres tipos de copolímeros: SBS (estireno-butadieno-estireno), SAN (estireno-acrilonitrilo) y SBR (goma de estireno-butadieno) en tres concentraciones exploratorias. En todos los casos, y previo al mezclado, se realizó una completa caracterización fisicoquímica, térmica, morfológica y mecánica. La eficacia de la compatibilización se evaluó en términos de variaciones en la transición vítrea de los materiales en la mezcla, junto con el análisis del comportamiento mecánico. Los resultados se interpretan en función de la morfología de las mezclas. Las mezclas directas de HIPS/ABS a partir de resinas vírgenes no se auto-compatibilizan mientras que las mezclas a partir de plásticos RAEE sí. Estas últimas podrían utilizarse como reemplazo del HIPS y ABS por sí solos. En mezclas de HIPS/ABS vírgenes, el SAN resultó buen compatibilizante para mezclas con ABS mayoritario en bajas concentraciones mientras que para la mezcla con HIPS mayoritario lo fue el SBS en altas concentraciones. Para la mezcla con cantidades equitativas no se obtuvieron buenos resultados con ninguno de los compatibilizantes en ninguna concentración. Por otra parte, para materiales RAEE en mezclas con HIPS como componente mayoritario, el SBR en bajas concentraciones mejora notablemente la performance mecánica de la mezcla física. El SBS en grandes cantidades arrojó buenos resultados para la mezcla con cantidades equitativas de HIPS y ABS, mientras que para la mezcla con ABS mayoritario el SBS en concentraciones intermedias fue el mejor compatibilizante. La metodología propuesta es sostenible y viable desde el punto de vista de su operación lo que hace que pueda ser implementado en forma directa por los recicladores. Utiliza las operaciones de procesamiento más comunes y sencillas para el reciclado de plásticos.

Waste from electrical and electronic equipment (WEEE) has a continuously and exponentially growing as technological products consumption strongly increases. This waste stream contains high amounts of plastics with good impact properties and relatively low costs. ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) and HIPS (high impact polystyrene), main plastics components of it. They are complex copolymers with multiple constituents and complex morphologies which generally present phase segregation. Automatic separation by type of plastic from WEEE is hard because of ABS and HIPS chemical similarity. Manual separation is the best method but involves high costs and labor risks. Then, an economic and ecological alternative is the recycling of this kind of plastics together. The aim of this thesis is to add value to HIPS/ABS blends from plastic WEEE by improving mechanical performance through adequate compatibilization strategies. Firstly, a literature research gives the state of art related to global and local (Argentine) composition of this waste stream, its management and relevant legislation, as well as literature related to recycling and compatibilization techniques of HIPS and ABS blends. The problem is addressed by studying melt compatibilization of HIPS/ABS blends, both virgin and WEEE resins with different relative proportions, analyzing from the self-compatibilization to the effect of three different copolymers, added in three exploratory concentrations, as compatibilizers: SBS (styrene-butadiene-styrene), SAN (styrene-acrylonitrile) and SBR (styrene-butadiene rubber). In all cases, and before melt-blending, an accurate physicochemical, thermal, morphological and mechanical characterization was made. Compatibilization effectiveness was evaluated by analyzing glass transition variations in blends along with their mechanical performance and morphology. HIPS/ABS direct blends from virgin resins did not self-compatibilize while blends form WEEE plastics did. Last ones could be used as a replacement of HIPS and ABS from WEEE by themselves. In virgin HIPS/ABS blends with major content of ABS, SAN was the best compatibilizer in low concentrations and SBS in high amounts was the best for blend with HIPS as main component. For blend with equal concentration of HIPS and ABS no good results were obtained with any of the compatibilizers in any concentration. On the other hand, for blends made from WEEE with major content of HIPS, the SBR in low amounts notably improves mechanical performance of the blend without compatibilizer. High amounts of SBS gave good results for blends with ABS as major component and intermediate concentrations of SBS compatibilized blend from WEEE with same concentrations of HIPS and ABS. The proposed methodology for plastic WEEE recycling is sustainable and viable from the point of view of its operation, which makes it possible to be implemented directly by recyclers. It uses the most common and simple processing operations for plastic recycling.