EVALUACIÓN DE LA CIRCULARIDAD DE ENVASES DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD: CUANTIFICACIÓN DEL CONTENIDO DE PP, ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES Y RECICLAJE EN CICLO ABIERTO

Abstract

La tesis doctoral titulada “Evaluación de la circularidad de envases de polietileno de alta densidad: cuantificación del contenido de PP, eliminación de contaminantes y reciclaje en ciclo abierto” aborda un tema crucial en la actualidad: la gestión de residuos plásticos y la viabilidad de su reutilización dentro del marco de una economía circular. Esta investigación es particularmente relevante dado el creciente impacto ambiental de este tipo de residuos y la necesidad de desarrollar métodos sostenibles para su manejo y reciclaje. La tesis se estructura en torno a una introducción que contextualiza históricamente el uso del plástico, un planteamiento de objetivos, una metodología rigurosa, resultados detallados y conclusiones que subrayan la viabilidad de las prácticas propuestas. La introducción de la tesis sitúa el problema de la contaminación por plásticos tanto en un contexto histórico como en el actual. Desde los inicios del uso del plástico hasta la situación presente, se destaca cómo el incremento en la producción y el consumo de plásticos ha generado una acumulación significativa de residuos, los cuales presentan desafíos ambientales considerables. Se discute cómo los plásticos, a pesar de ser materiales versátiles y económicos, se han convertido en una de las principales fuentes de contaminación, afectando tanto a los ecosistemas terrestres como marinos. Esta sección también introduce el concepto de economía circular como una alternativa viable y necesaria en contraposición al modelo lineal tradicional de producir, usar y desechar. El objetivo principal de la tesis es evaluar la viabilidad de utilizar residuos plásticos como materia prima para la obtención de nuevos productos, en el contexto de una economía circular. La investigación se centra específicamente en el polietileno (PE), examinando las propiedades fisicoquímicas, mecánicas y térmicas de mezclas de PE reciclado provenientes de envases y de contenedores (Intermediate Bulk Container, IBC) post-consumo y post-industriales. Se pretende determinar las proporciones óptimas de mezcla entre materiales reciclados y vírgenes para garantizar la calidad del producto final, que consiste en un material reciclado con propiedades adecuadas para su uso en aplicaciones, como puede ser el sector de los envases. Para alcanzar estos objetivos, la investigación se centra en el reciclaje mecánico, y tecnologías de reciclado basadas en disolventes como estrategia complementaria. El reciclaje mecánico es un proceso ampliamente utilizado para la recuperación y valorización de polímeros. Este método consiste en la recolección, trituración, lavado, secado y regranulación del plástico, permitiendo su reprocesamiento sin necesidad de modificar su estructura química. Sin embargo, la calidad del material reciclado puede verse afectada por la presencia de contaminantes, la degradación térmica durante los ciclos de reprocesamiento y la incompatibilidad entre polímeros de distinta naturaleza. Por otro lado, las tecnologías de reciclado basadas en disolventes, concretamente la disolución/precipitación, se ha aplicado en esta tesis como un método complementario para la eliminación de impurezas y compuestos orgánicos volátiles (COVs). Este método permite disolver selectivamente el polímero en un disolvente adecuado y precipitarlo en condiciones controladas. Evaluar el impacto de los distintos métodos aplicados para la recuperación de polietileno en la calidad del material reciclado y su viabilidad en distintas aplicaciones es importante para optimizar su reutilización en un contexto de economía circular. En este sentido, los objetivos específicos de la tesis incluyen la caracterización de HDPE reciclado, la preparación de mezclas con material virgen, el uso de agentes compatibilizantes, la evaluación de diferentes métodos de lavado para la eliminación de compuestos orgánicos volátiles (COVs) y el análisis de la influencia de todos estos procesos en las propiedades finales del material reciclado. En el primer capítulo se aborda la evaluación de la circularidad de las botellas de leche fabricadas con polietileno de alta densidad (High Density Polyethylene, HDPE) post-consumo a través del sistema en circuito abierto. El ciclo abierto se refiere a un proceso en el cual los materiales reciclados, en este caso HDPE post-consumo, se transforma en productos diferentes de su forma original. A diferencia del reciclaje en ciclo cerrado, donde el material reciclado vuelve a ser el mismo tipo de producto (por ejemplo, botellas de leche recicladas para hacer nuevas botellas de leche), en el ciclo abierto el HDPE puede ser reutilizado para fabricar otros productos como mobiliario, tuberías o envases no alimentarios. Se analizan las propiedades fisicoquímicas y mecánicas de botellas de HDPE post-consumo para determinar su viabilidad como materia prima en nuevos productos. Este análisis incluye una comparación con materiales vírgenes y otros reciclados, destacando las ventajas ambientales de reutilizar HDPE en lugar de producir nuevo material. El estudio también examina el impacto ambiental del reciclaje de HDPE, considerando factores como la reducción de residuos, la disminución de la demanda de recursos naturales y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. El segundo capítulo se centra en la evaluación de distintas técnicas analíticas para la cuantificación precisa del polipropileno (PP) en polietileno de alta densidad (HDPE) reciclado, un aspecto crítico para garantizar la calidad de los materiales reciclados. La presencia de trazas de PP en el HDPE reciclado es muy habitual y puede alterar significativamente sus propiedades físicas, químicas y mecánicas, lo que supone un reto en los procesos de reciclaje. En este estudio se examina el potencial de la Cromatografía de Interacción por Gradiente de Temperatura (TGIC) como técnica alternativa basada en la adsorción de las cadenas poliméricas en un soporte cromatográfico. Para validar su eficacia, se comparan los resultados obtenidos con TGIC frente a técnicas, como la espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), la calorimetría diferencial de barrido (DSC) y el fraccionamiento por elución con aumento de temperatura (TREF). Esta comparación permite identificar las fortalezas y limitaciones de cada método, y destaca la técnica TGIC como una herramienta prometedora por su capacidad de resolución y menor sensibilidad a interferencias estructurales. El tercer capítulo se centra en mejorar la calidad del polietileno reciclado mediante la eliminación de olores indeseados, causados principalmente por compuestos orgánicos volátiles (COVs) y que podrían limitar sus aplicaciones. Se lleva a cabo un estudio detallado para identificar y cuantificar los COVs presentes en el polietileno reciclado y se implementan diversos métodos para su eliminación, como el uso de compuestos químicos específicos y ultrasonidos. El capítulo describe los procedimientos experimentales y técnicas de análisis utilizadas, incluyendo la evaluación de la eficacia de cada método en la reducción de COVs. Los resultados demuestran que la eliminación efectiva de estos compuestos mejora significativamente la calidad y, por tanto, aceptación del material reciclado, haciéndolo apto para aplicaciones de alto valor. En el cuarto capítulo se realiza un análisis exhaustivo de la viabilidad del reciclaje mecánico de diversas corrientes de residuos plásticos post-consumo, incluyendo envases y contenedores IBC, comparándolos con botellas de leche de HDPE post consumo. Se evalúan las propiedades mecánicas y fisicoquímicas de los materiales reciclados provenientes de estas diferentes fuentes, mezclados con distintos grados vírgenes, y se estudian sus potenciales aplicaciones sostenibles. Este capítulo detalla el procedimiento experimental seguido para la preparación y caracterización de las muestras, así como los resultados obtenidos en términos de resistencia, durabilidad y calidad general de los materiales reciclados. El objetivo es identificar las corrientes de residuos que son más adecuadas para el reciclaje y que pueden integrarse de manera efectiva en la producción de nuevos productos plásticos. La tesis concluye que integrar materiales reciclados en la producción de nuevos productos de polietileno es viable y beneficioso, contribuyendo a la reducción de residuos y la conservación de recursos. Además, se sienta una base sólida para futuras investigaciones y procesos de gestión del reciclaje de plásticos, promoviendo prácticas sostenibles que ayudan a mitigar el impacto ambiental de los plásticos y fomentan un desarrollo más sostenible.