EDUARDO CESARPolipropileno: mayor elasticidad, resistencia y facilidad de reciclajeEDUARDO CESAR
Un proceso para facilitar la producción y el reciclaje de artículos plásticos es el resultado de un proyecto llevado adelante entre el Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen, sigla en portugués) y la empresa OPP Química, integrante del grupo Odebrecht, en el marco del Programa Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE) de la FAPESP. Como consecuencia de esta investigación conjunta, ya han sido depositadas tres patentes relativas a los procedimientos y a los productos obtenidos. El foco de este proyecto es un proceso de síntesis del polipropileno de alta resistencia de fundido. Este nombre se refiere a la fase liquida de dicho material luego de que la resina original sólida es transformada, en una máquina llamada extrusora. Todo esto sucede antes del moldeo final del producto plástico. Lo que los investigadores lograron fue dotar de una mayor elasticidad al polipropileno en la fase fundida.
Este tipo de material, conocido por HMS-PP (high melt strength polypropylene), está ganando terreno en el mercado, especialmente en Europa – por motivos ambientales -, región del mundo en la cual la industria ha comenzado a emplearlo en la fabricación de espumas para varios usos, principalmente en tableros de vehículos, debido a que así son más fáciles de reciclar. “Las piezas producidas a partir de la mezcla de otras diversas resinas plásticas ofrecen muchos obstáculos para su reciclaje, e incluso pueden volverlo inviable”, explica Ademar Benévolo Lugão, coordinador del proyecto y del Departamento de Ingeniería Química y Ambiental del Ipen.
En Brasil, los tableros de los automóviles todavía combinan componentes de polipropileno con elementos en polietileno, poliuretano, PVC y ABS. Todos estos materiales son termoplásticos, que como los termofijos – como la resina epoxi, por ejemplo – y los elastómeros, una categoría que comprende a todas las gomas, constituyen la familia de los polímeros. En otras palabras: son compuestos a base de macromoléculas orgánicas, que, a grosso modo, están constituidas por el encadenamiento de unidades básicas denominados meros, de apariencia similar a la de una cuerda o deuna cadena. Los polímeros son sintetizados por el entrelazado de estas cuerdas, formando una especie de ovillo, en inmensos reactores industriales.
En el caso del polipropileno, originado en el monómero propeno, la fuerza de unión entre las moléculas es baja. Su estructura totalmente lineal hace que el material sea altamente fluido y de difícil procesamiento en el estado fundido, cosa que inhibe su aplicación en algunas técnicas de moldeo y en la producción de espumas especiales. “De entrada llegamos a pensar en hacer que el polipropileno fundido se volviera más elástico, aumentando el tamaño de la molécula y creando así un enmarañado molecular”, recuerda Lugão. “Pero logramos obtener mejores resultados injertando fragmentos de polipropileno en el propio polipropileno por irradiación, con una fuente de cobalto 60. Estas ramificaciones de cadena larga crearon un nivel muy elevado de enmarañado. Es casi como un plato de espaguetis largos. Cuanto más largos y ramificados, más se enrollan, facilitando el procesamiento de la resina.”
En la primera fase del proyecto, que se inició en 1999 y fue concluido hace algunos meses, se utilizaron fuentes de radiación de cobalto de pequeño porte, típicas de los laboratorios de ensayos. Luego, cuando los tests aumentaron de magnitud, el Ipen recurrió a los servicios de la Empresa Brasileña de Radiaciones (Embrarad) de Cotia (São Paulo), que suministra radiación gama con cobalto 60 a diversos segmentos económicos. “La contribución de la Embrarad fue fundamental”, dice Lugão.
Según el investigador, considerando como referencia el índice de fluidez, la resistencia del polipropileno fundido se multiplicó por 15 y hasta 30, cuando que las tecnologías disponibles en la actualidad en los países desarrollados surten un efecto multiplicador de entre ocho y diez. “Desde el punto de vista de la calidad del material, estamos perfectamente preparados para suplir la futura demanda proveniente de los más exigentes usuarios”, celebra Alexandre Elias, ingeniero de productos de OPP Química y representante de la empresa en la asociación con el Ipen. Elias cree que la demanda de HMS-PP será una tendencia absolutamente consolidada en el mercado brasileño dentro de cinco años, como máximo.
Mercado y escala
“Pero pretendemos iniciar la producción comercial antes”, observa Elias. Por ahora, OPP y el Ipen continúan haciendo esfuerzos para perfeccionar métodos y reducir el costo del proceso, que para Lugão aún es alto. En la visión de OPP, el desarrollo de mercado para el HMS-PP en Brasil depende de las fábricas automotrices. “Su utilización en vehículos aportará la escala necesaria para la diseminación de otras aplicaciones posibles”, prevé Elias. Entre ellas se destacan, por ejemplo, las chapas obtenidas por extrusión – aquellas que pasan por el proceso líquido y son solidificadas antes del moldeo – utilizadas en la fabricación de piezas de gran porte tales como cestas de residuos, muebles, cajas, etc.
“En realidad, existen oportunidades en todos los segmentos en los cuales el polipropileno no logra conquistar una participación significativa debido a su constitución semicristalina, que impone límites a la transformación y la baja resistencia”, sostiene Lugão. El polipropileno, comercializado desde la década de 1960, está registrando el mayor crecimiento mercadológico que se registre entre los polímeros plásticos. Producido en casi 50 países, tiene un volumen anual de ventas de más de 30 millones de toneladas. Datos de Solvay, gigante internacional de la petroquímica, indican que el 33% de ese total es utilizado en la fabricación de embalajes.
En los países desarrollados, las aplicaciones para las cuales el HMS-PP tiene potencial mueven cerca de un millón de toneladas de polímeros por año, tomándose en conjunto las ventas físicas de poliestireno, poliestireno de alto impacto, PVC, polietilenos de baja y alta densidad y ABS, entre otros, afirma Lugão. En Brasil, este mercado representa como mínimo alrededor de 30 mil toneladas anuales, según la estimación de OPP. El valor del HMS-PP puede superar en 100 dólares el precio de la tonelada de polipropileno convencional.
Lugão destaca también la emergencia de nuevas aplicaciones en el área de embalajes para alimentos precocidos para horno de microondas, en la cual el HMS-PP puede competir con el polietileno tereftalato (PET) más conocido como materia prima de las botellas plásticas de refrescos. “La reglamentaciones ambientales están delineando dos tendencias: una de reducción del residuos sólidos y otra de aumento de la fracción reciclable de esa basura”, dice. “El HSM-PP puede contribuir en la consolidación de ambas, porque al permitir un mayor control del espesor, puede propiciar la producción de embalajes con paredes más finas, y ofrece bastante menos problemas de reciclaje que el PVC, ampliamente utilizado en la producción de tubos y conexiones, aberturas de edificios, pisos y revestimientos”.
Un producto avanzado
En el área de PVC, un producto obtenido mediante la polimerización del cloruro de vinilo, OPP también está preparada para dar cuenta de los incrementos de demanda – puede incluso duplicar su producción, que actualmente gira en torno a las 400 mil toneladas anuales, alrededor del 60% del volumen comercializado en el país. En noviembre pasado, OPP recibió el Premio Finep de Innovación Tecnológica en la categoría proceso, por el desarrollo, en conjunto con el Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT), de un sistema automatizado de control de la temperatura en los reactores de PVC. Otro aspecto del proyecto fue el acoplamiento de condensadores de reflujo automáticamente accionables cuando el calor supera los limites previamente definidos, de acuerdo con las características que se desea obtener en el producto.
Este proceso, que ya ha sido implementado en tres reactores de la empresa en Camaçari, Bahía, redujo el tiempo de la síntesis del PVC de 12 horas a apenas 3 horas y media, promoviendo un incremento de la productividad del orden del 80%. “Asimismo, registramos mejoras de calidad, porque el perfeccionamiento el control de proceso obviamente facilita la conformación la patrones”, afirma Lucien Rebello dos Santos, responsable por el desarrollo de procesos de la división de PVC de OPP. “Otro aspecto en el cual se registran mejoras ostensibles es en el de seguridad: conseguimos reducir los riesgos para el personal y para los equipamientos.”
La aproximación entre la compañía y el instituto paulistano empezó en 1994 y creció de manera cuidadosamente planificada. En aquel año, Marcos Alberto Castelhano Bruno, actualmente director ejecutivo del IPT y responsable por la administración de las asociaciones con empresas, estudió el caso de la Compañía Petroquímica de Camaçari en su tesis doctoral en Administración de Empresas, que abordó la interacción entre los medios académico y corporativo, con sus ventajas y sus desafíos. El control accionario pasaría a manos del Grupo Odebrecht en 1995, cuando el gobierno dio inicio a la privatización del sector petroquímico.
Sentido común
“La asociación se consolidó en 1997, mediante un programa de formación gerencial para los técnicos de la empresa, con el objetivo de habilitarlos para el intercambio con institutos y universidades”, recuerda Bruno. Este primer paso, dice Santos, fue fundamental para la definición de las responsabilidades de cada una de las partes y para la generación de conocimientos a partir del esfuerzo común. “Sin esa base, no habríamos logrado probablemente evolucionar tanto”, reflexiona.
Desde el punto de vista de la compañía, un ingrediente importante de la receta del éxito del proyecto fue la preservación de los aspectos de la tecnología tradicional de polimerización – la instalación de los condensadores de reflujo fue la única alteración a la que los equipos fueron sometidos. “Utilizamos el sentido común, evitando tanto la necesidad de hacer grandes inversiones en bienes de capital como el aumento del consumo energético del proceso”, observa Santos.
En la fase de conclusión del proyecto, que en total tuvo una duración de aproximadamente un año y medio, dos investigadores del IPT pasaron alrededor de un mes en Camaçari, siguiendo el trabajo de OPP, primero en una planta piloto y luego en los reactores industriales de la compañía. Uno de los grandes retos consistió en llevar las medidas de un reactor de laboratorio a las de su fase industrial. “El segundo prototipo es diez veces mayor que el producido en laboratorio, y el industrial multiplica el tamaño de éste por dos. Juntos, aprendimos a cambiar de escala”, concluye Santos.
En la senda de las fusiones y de la innovación
La empresa OPP Química pasará a llamarse Braskem antes de que expire este año, como producto de la formalización de la incorporación de la Companhia Petroquímica do Nordeste (Copene), de Camaçari, adquirida por el Grupo Odebrech en 2001, en asociación con el Grupo Mariani. Al mismo tiempo en que la trayectoria de la empresa puede ser descrita como una sucesión de fusiones y adquisiciones nítidamente orientadas por la estrategia del conglomerado originario de la industria de la construcción de estar presente en toda la cadena productiva del sector petroquímico, la búsqueda constante de la innovación tecnológica es una de sus marcas registradas.
“Con actividades de investigación volcadas a la multiplicación de resultados, la reducción de costos y el aumento de la productividad, hemos invertido más de US$ 70 millones en IeD en el transcurso de los últimos diez años”, afirma Antônio Bragança, director de tecnología de OPP. La compañía emplea a 117 investigadores, de los cuales seis son doctores y unos 20 tienen nivel de maestría. Mantiene acuerdos para el desarrollo de tecnologías con diversos institutos de investigación y universidades.
Al margen del Ipen y del IPT, en su extensa lista de alianzas con instituciones académicas se incluyen, por ejemplo, la Universidad Estadual de Campinas, la Universidad Federal de São Carlos, el Instituto Alberto Luiz Coimbra de Posgrado e Investigación (Coppe), de la Universidad Federal de Río de Janeiro, y la Pontificia Universidad Católica de Río Grande do Sul. “Algunas veces trabajamos también con universidades extranjeras, como la de Wisconsin, Estados Unidos, y la de Waterloo, Canadá.”
De acuerdo con Braga, la OPP no enfrenta problemas en función de la diferencia de ritmo entre la academia y las empresas. “Siempre y cuando el planeamiento sea bueno y las diferencias sean respetadas, hay entendimiento y ambas partes salen ganando”, subraya. Lucien Rebello dos Santos, encargado de desarrollo de procesos de la división de PVC, afirma que forma parte de la política de IeD de OPP recurrir a las universidades e institutos de investigación para la realización de proyectos de dominio de tecnologías a largo plazo, aun cuando no generen resultados inmediatos. “Este intercambio aporta conocimientos que en algún momento serán utilizados.”
OPP, líder sudamericana en la producción de polímeros termoplásticos y soda cloro para la fabricación de PVC y otros productos tales como parafinas y aditivos, tiene un 27,3% del capital de Copesul, centro del polo petroquímico de Triunfo (Río Grande do Sul), tiene seis unidades operativas en aquella región, tres en el estado de Bahía, dos en Alagoas y una en São Paulo. Para realizar pruebas de productos y de tecnologías a gran escala, OPP utiliza cuatro plantas piloto – tres en Río Grande do Sul y una en Bahía.
OPP fue asimilada por el Grupo Odebrecht a mediados de los años 90, tras la adquisición del control accionario de Trikem, antigua Compañía Petroquímica de Camaçari, en 1995. Posteriormente, ambas empresas unificaron su administración. La compra de Copesul y de Copene consolida la importancia del grupo en el escenario petroquímico brasileño. OPP no divulga sus resultados financieros desde el cierre del capital del Grupo Odebrecht, en mayo de 2000. Braskem será una compañía de capital abierto, con sus acciones cotizadas en las bolsas de valores.
El proyecto
Desarrollo de un Nuevo Proceso de Síntesis de Polipropileno con Alta Resistencia de Fundido (nº 97/02390-6); Modalidad Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE); Coordinador Ademar Benévolo Lugão – Ipen; Inversión R$ 36.500,00 y US$ 67.360,00 (FAPESP), y R$ 136.000,00 (OPP)
