Métodos químico-físicos para despintar parachoques de coche para su revalorización en automoción mediante reciclaje

Abstract

[spa] El sector de la automoción es uno de los principales contribuyentes a la contaminación ambiental, no solo por las emisiones generadas durante la vida útil de los vehículos, sino también por el impacto ambiental asociado a la fabricación de sus materiales y la generación de residuos plásticos. El reciclaje mecánico de estos residuos es hoy en día la solución más extendida para maximizar la tasa de reutilización de estos materiales para la fabricación de las mismas piezas (upcycling) o de otros productos con requisitos menos estrictos (downcycling). Los parachoques se han convertido en una de las piezas más aprovechables del vehículo, ya sea en el final de su vida útil (posconsumo) o formando parte de rechazos de producción (posindustrial). Esta pieza suele estar compuesta en base termoplástica de polipropileno con elastómeros o refuerzos minerales, materiales fácilmente reciclables. No obstante, en muchos casos, esta pieza llega pintada para su reciclaje en distintos colores. En los materiales posconsumo especialmente, la pintura puede presentar formulaciones diversas, muchas veces desconocidas. Además, su naturaleza puede ser tanto de tipo termoestable como termoplástica, dificultando los procesos de extrusión y de inyección de los polímeros preparados para el reciclaje por su incompatibilidad térmica. Tras la extrusión, este recubrimiento genera tensiones localizadas en el material, reduciendo sus propiedades mecánicas, además de defectos estéticos. Por lo tanto, los parachoques pintados reciclados, suelen destinarse a aplicaciones de menor valor en lugar de reincorporarse completamente a la fabricación de nuevos parachoques, limitando el upcycling dentro del sector. A pesar de los numerosos intentos durante años por desarrollar un método de despintado viable, económico y con un bajo impacto ambiental, hasta la fecha no se ha logrado una solución efectiva que se haya podido implantar con éxito en la industria. La presente tesis doctoral pretende abordar la problemática de la presencia de pintura en los parachoques reciclados hechos con base de polipropileno, evaluando diferentes estrategias de despintado químico y físico-mecánico. Se estudian los mecanismos de acción involucrados para el establecer las bases de un nuevo método de despintado viable a escala industrial, con el objetivo de mejorar la calidad del material reciclado y aumentar su reincorporación en la fabricación de nuevas piezas de automoción. Se caracterizan los materiales procedentes de parachoques reciclados en función de variables como la presencia de pintura, el efecto del despintado, la distribución

del tamaño de partícula y las condiciones del procesado, evaluando su influencia en las propiedades críticas para un correcto procesamiento en etapas propias del reciclaje mecánico. También se presentan varias estrategias para poder evaluar la eficacia de estos métodos de despintado experimentados durante la tesis y diferentes procedimientos de muestreo representativo. Para un correcto despintado industrial de estos materiales es necesario implantar procesos posteriores para hacer efectiva la correcta separación de esta pintura desprendida del sistema. Por ello, se presentan también pruebas experimentales a nivel laboratorio y se presentan alternativas para solventar problemáticas relacionadas con el proceso de despintado. Finalmente, se emplea un enfoque analítico basado en la priorización de criterios para determinar la factibilidad de los métodos probados, identificando la estrategia más adecuada bajo los criterios escogidos. En conclusión, esta tesis doctoral pretende dar las bases para el desarrollo de un nuevo método o sistema de despintado de poliolefinas termoplásticas recicladas, con el fin de mejorar su valorización y reducir la dependencia de polímeros vírgenes en la fabricación de parachoques y otras piezas de automoción, contribuyendo así a la reducción del impacto ambiental del sector. De esta forma, el reaprovechamiento de este residuo plástico pintado fomenta la economía circular, las políticas de residuo cero, así como los criterios medioambientales y de sostenibilidad, contribuyendo a alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenibles (ODS), especialmente aquellos destinados a combatir el cambio climático y sus impactos.

[cat] El sector de l’automoció és un dels principals contribuents a la contaminació ambiental, no només per les emissions generades durant al vida útil dels vehicules, sinó també per l’impacte ambiental associat a la fabricació dels seus materials i a la generació de residus plàstics. El reciclatge mecànic d’aquests residus és avui dia la solució més estesa per maximitzar la taxa de reutilització d’aquests materials en la fabricació de les mateixes peces (upcycling) o d’altres productes amb requisits menys estrictes (downcycling). Els para-xocs s’han convertit en una de les peces més aprofitables del vehicle, tant al final de la seva vida útil (postconsum) o formant part de rebuigs de producció (postindustrial). Aquesta peça sovint esta composta per una base termoplàstica de polipropilè amb elastòmers o càrregues minerals, materials fàcilment reciclables. No obstant això, en molts casos, aquesta peça arriba pintada per el seu reciclatge en diversos colors. En els materials postconsum especialment, la pintura pot presentar diferents formulacions, en molts casos desconegudes. A més, aquests recobriments poden tenir naturalesa termoplàstica o termoestable, fet que dificulta els processos d’extrusió i d’injecció dels polímers reciclats per la seva incompatibilitat tèrmica. Després de l’extrusió, aquesta pintura genera tensions localitzades en el material, reduint les seves propietats mecàniques, a més de provocar defectes estètics. Per tant, els para-xocs pintats reciclats solen destinar- se a aplicacions de menor valor en lloc de reincorporar-se completament a la fabricació de nous para-xocs, limitant l’upcycling dins del sector. Malgrat els nombrosos intents al llarg dels anys per desenvolupar un mètode de despintat viable, econòmic i amb un baix impacte ambiental, fins ara no s’ha aconseguit una solució efectiva que s’hagi pogut implantar amb èxit a la industria. Aquesta tesis doctorat pretén abordar la problemàtica de la presència de pintura en els para-xocs reciclats fets amb base de polipropilè, avaluant diferents estratègies de despintat químic i físic-mecànic. S’estudien els mecanismes d’acció implicats per establir les bases d’un nou mètode de despintat viable a escala industrial, amb l’objectiu de millorar la qualitat del material reciclat i augmentar- ne la reincorporació en la fabricació de noves peces d’automoció. Es caracteritzen els materials procedents de para-xocs reciclats en funció de variables com la presència de pintura, l’efecte del despintat, la distribució de la mida de partícula i les condicions del processat, avaluant la influència en les propietats crítiques per a un correcte processament en les etapes pròpies del reciclatge mecànic. També es presenten diverses estratègies per avaluar l’eficàcia

dels mètodes de despintat experimentats durant la tesi i diferents procediments de mostreig representatiu. Per a un correcte despintat industrial d’aquests materials es necessari implantar processos posteriors per garantir la separació efectiva de la pintura despresa del sistema. Per això, es presenten també proves experimentals a nivell de laboratori i es proposen alternatives per resoldre problemàtiques relacionades amb el procés de despintat. Finalment, s’utilitza un enfocament analític basat en la priorització de criteris per determinar la viabilitat dels mètodes provats, identificant l’estratègia més adequada segons els criteris establerts. En conclusió, aquesta tesi doctoral pretén establir les bases per el desenvolupament d’un nou mètode o sistema de despintat de poliolefines termoplàstiques reciclades, amb l’objectiu de millorar la seva revalorització i reduir la dependència de polímers verges en la fabricació de para-xocs i altres peces d’automoció, contribuint així a la reducció de l’impacte ambiental del sector. D’aquesta manera, la revalorització d’aquest residu plàstic pintat fomenta l’economia circular, les polítiques de residu zero, així com els criteris mediambientals i de sostenibilitat, contribuint a assolir els Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS), especialment aquells destinats a combatre el canvi climàtic i els seus impactes.

[eng] The automotive industry contributes significantly to environmental pollution, not only due to vehicles emissions but also from the environmental impact associated with the manufacturing of materials and the generation of plastic waste. Mechanical recycling is the most common solution to maximize the material reuse, either for the manufacturing of the same components (upcycling) or for other products with less requirements (downcycling). Bumpers, often made of thermoplastic polypropylene reinforced with elastomers or minerals, are highly recyclable. However, many of these bumpers are painted, which complicates recycling, particularly in post-consumer materials where paint formulations are often unknown. Paints can be thermoset or thermoplastic, causing thermal incompatibility during extrusion and injection processes, leading to material stress, reduced mechanical properties, and aesthetic defects. As a result, paint bumpers are often destined to lower-value applications, limiting recycling potential within the industry. Despite numerous attempts over the years to develop a viable, cost-effective, and environmentally friendly paint removal method, no effective solution has yet been successfully implemented in this industry. This doctoral thesis focuses on addressing the paint issue in recycled polypropylene-based bumpers by exploring various chemical and physical-mechanical paint removal procedures. The study analyses the mechanisms involved to establish the bases for a new industrially viable paint removal method, aiming to improve recycled material quality and enhance its reintegration into automotive manufacturing. Recycled bumper materials are characterized based on variables such as paint presence, the effect of the paint removal process, particle size distribution, and processing conditions, evaluating their influence on critical properties necessary for proper processing in mechanical recycling stages. The thesis also aims to quantify the environmental impact reduction of using recycled PP in bumper manufacturing. Furthermore, several strategies for paint removal are tested and representative sampling methods. The study also emphasizes the need for post paint removal processes to separate detached paint effectively and presents experimental tests to improve the process. Finally, an analytical approach evaluates the feasibility of the methods based on prioritized criteria, identifying the most suitable strategy. The thesis aims to contributing to the environmental impact reduction and promoting circular economy and sustainability goals in the automotive industry.