Un nuevo proceso industrial har\u00e1 posible que diversos productos fabricados con pol\u00edmeros, como por ejemplo las botellas desechables destinadas a envasar refrescos y agua mineral, entre puedan fabricarse en menos tiempo, reduciendo as\u00ed los costos industriales y posiblemente tambi\u00e9n el precio final al consumidor. Esta innovaci\u00f3n, que se apresta a se salir de los laboratorios del Departamento de Ingenier\u00eda de Materiales de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (DEMa\/ UFSCar) se basa en la acci\u00f3n de un sistema \u00f3ptico destinado a monitorear y controlar la cristalizaci\u00f3n de los materiales polim\u00e9ricos durante el proceso de elaboraci\u00f3n. El sistema podr\u00e1 aportar importantes mejoras de productividad a las industrias especializadas en la fabricaci\u00f3n de botellas producidas con el pol\u00edmero poli (etil\u00e9n tereftalato), m\u00e1s conocido como PET, adem\u00e1s de otras piezas moldeadas por inyecci\u00f3n, la t\u00e9cnica de moldear algo de pl\u00e1stico partiendo de la materia prima fundida, que se emplea en la producci\u00f3n de paragolpes de coches y gabinetes de computadoras, impresoras y celulares. Este proceso, seg\u00fan los investigadores, permite detectar el momento exacto en que el pol\u00edmero se cristaliza dentro del molde, lo que conlleva un ahorro de preciosos segundos en el proceso de fabricaci\u00f3n. Las estimaciones efectuadas por los investigadores del DEMa revelan, por ejemplo, que una f\u00e1brica con capacidad para producir anualmente 160 millones de botellas PET, podr\u00eda obtener una rentabilidad adicional de 600 mil d\u00f3lares, en caso de que el sistema redujese en un segundo parte del ciclo de moldeo de las botellas de dos litros de PET, que dura en promedio 22 segundos.<\/p>\n
La gran novedad del sistema, cuyo registro de patente ya se ha elevado al Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INPI), radica en lograr llevar adelante\u00a0 el monitoreo de la cristalizaci\u00f3n del pol\u00edmero y, al mismo tiempo, el control de producci\u00f3n de cada pieza, independientemente de su tama\u00f1o, volumen o forma. La cristalizaci\u00f3n es un mecanismo f\u00edsico mediante el cual un pol\u00edmero semicristalino fundido se solidifica. Actualmente, el monitoreo de la cristalizaci\u00f3n no se efect\u00faa a lo largo del proceso de moldeo por inyecci\u00f3n del pol\u00edmero, sino reci\u00e9n despu\u00e9s de su conclusi\u00f3n, mediante el empleo de diversas t\u00e9cnicas, tales como microscop\u00eda \u00f3ptica y electr\u00f3nica. De acuerdo con la ingeniera qu\u00edmica Rosario Elida Suman Bretas, coordinadora de las investigaciones que resultaron en el desarrollo de la nueva tecnolog\u00eda, el estudio de la cristalizaci\u00f3n del pol\u00edmero es importante, pues todas las propiedades mec\u00e1nicas, \u00f3pticas y el\u00e9ctricas de este material dependen de su cristalinidad. “Por medio de la morfolog\u00eda y del volumen de cristalinidad existente en el pol\u00edmero, desarrollados durante el proceso de cristalizaci\u00f3n, se determinan las caracter\u00edsticas de rigidez, flexibilidad, resistencia mec\u00e1nica y transparencia”, dice Rosario.<\/p>\n
L\u00e1ser en el zafiro Incluso cuando el pol\u00edmero no cristaliza o cuando sus cristales son muy peque\u00f1os, como en el caso del PET bajo algunas condiciones de producci\u00f3n, el nuevo sistema permite que se detecte el momento del desplazamiento de la pieza dentro del molde o incluso las fallas al rellenarse algunos puntos espec\u00edficos de la cavidad, evitando as\u00ed defectos en el producto. Este proceso, desarrollado en el DEMa por la profesora Rosario y dos alumnos suyos de doctorado, Marcelo Farah y Alessandra Marinelli, podr\u00e1 en poco tiempo m\u00e1s estar disponible en el mercado. “La empresa Quantum Tech, de S\u00e3o Carlos, ha manifestado inter\u00e9s en desarrollarlo para su uso comercial en industrias de transformaci\u00f3n. Es importante decir que no existen sensores iguales en Brasil o en el exterior, e incluso los similares todav\u00eda no se los emplea comercialmente”, dice Rosario.<\/p>\n El desarrollo del sistema \u00f3ptico para la industria de moldeo por inyecci\u00f3n de pol\u00edmeros fue tan solo uno de los avances logrados por el equipo de Rosario durante la realizaci\u00f3n de un proyecto tem\u00e1tico que cont\u00f3 con financiaci\u00f3n de la FAPESP. El grupo tambi\u00e9n realiz\u00f3 en el marco de este proyecto un estudio centrado en la factibilidad de incorporar en el poliestireno caucho desvulcanizado mediante ultrasonido, que es otro tipo de pol\u00edmero, para producir blendas. Se le asigna el nombre de blenda a un material polim\u00e9rico elaborado a partir de la mezcla de dos o m\u00e1s pol\u00edmeros. Uno de los usos m\u00e1s comunes de ese tipo de material es la fabricaci\u00f3n de cabinas de duchas, que se conocen popularmente como cabinas de “pl\u00e1stico o acr\u00edlico”. La finalidad de la investigaci\u00f3n consisti\u00f3 en adicionarle al poliestireno el caucho desvulcanizado, proveniente de de neum\u00e1ticos usados y descartados, de modo de mejorarsu resistencia al impacto. La desvulcanizaci\u00f3n del caucho mediante el empleo de ultrasonido se realiz\u00f3 en la Universidad de Akron, Estados Unidos, y estuvo a cargo de otro alumno de doctorado del grupo, Carlos Scuracchio.<\/p>\n “Normalmente, se utiliza una goma sint\u00e9tica de polibutadieno virgen para reforzar el poliestireno, lo que da origen a una blenda conocida como poliestireno de alto impacto. La ventaja de usar caucho desvulcanizado mediante ultrasonido consiste en\u00a0 darle un fin \u00fatil a los neum\u00e1ticos usados, que constituyen un grave problema ambiental”, afirma Rosario. “Nuestras investigaciones todav\u00eda se encuentran en fase de desarrollo, pero ya sabemos que la mezcla de caucho desvulcanizado con el pol\u00edmero ha aumentado su resistencia, si bien que no en el mismo nivel que con la mezcla con goma de polibutadieno. Creemos que el tama\u00f1o de las part\u00edculas de caucho desvulcanizado mezclado con el poliestireno no fue a\u00fan lo suficientemente peque\u00f1o para elevar de manera\u00a0 significativa su resistencia al impacto.”<\/p>\n Otra investigaci\u00f3n relacionada con la morfolog\u00eda de los pol\u00edmeros involucr\u00f3 el uso de redes neurales artificiales, un concepto de inteligencia artificial que apunta a trabajar en forma an\u00e1loga al cerebro humano, acumulando informaciones, proces\u00e1ndolas y tomando decisiones. En el marco de este trabajo se investigaron blendas formadas por poli (sulfuro de parafenileno), conocida como PPS, y un elast\u00f3mero o goma termopl\u00e1stica. El PPS se emplea normalmente en la fabricaci\u00f3n de conectores el\u00e9ctricos de computadoras y en ciertos componentes de la industria automovil\u00edstica. Por ser muy r\u00edgido, este material tiene escasa resistencia al impacto pero, en compensaci\u00f3n, soporta temperaturas muy elevadas, de hasta 250\u00b0C. La doctoranda Cybele Lotti mezcl\u00f3 con el PPS una goma termopl\u00e1stica conocida como Sebs, un terpol\u00edmero, el pol\u00edmero formado por tres mon\u00f3meros, es decir, hecho de estireno, etileno y butadieno. “Nuestro objetivo fue mejorar la flexibilidad y la resistencia al impacto de la blenda polim\u00e9rica”, explica Rosario. Con la ayuda\u00a0 de redes neurales artificiales, los investigadores lograron predecir propiedades tales como la morfolog\u00eda, la cantidad o el volumen de cristalinidad de la blenda, la resistencia al impacto y las propiedades mec\u00e1nicas en situaci\u00f3n de tracci\u00f3n. “Con el proceso convencional, tendr\u00edamos que inyectar y testear una enorme cantidad de piezas para recabar informaciones sobre estas propiedades, lo que insumir\u00eda tiempo y dinero. Con el uso del sistema de redes neurales, el n\u00famero de piezas inyectadas y ensayadas se redujo\u00a0 al 5% de lo que ser\u00eda necesario mediante un proceso tradicional”, afirma Rosario. “Las redes neurales nunca antes se hab\u00edan usado para relacionar los par\u00e1metros del proceso de moldeo por inyecci\u00f3n con la microestructura y las propiedades de las blendas polim\u00e9ricas”.<\/p>\n Una ensaladera de serpientes “Fue fundamental entender la orientaci\u00f3n molecular de esta blenda para comprender las propiedades mec\u00e1nicas y de permeabilidad de este material”, dice Rosario. Para entender tales caracter\u00edsticas, las blendas polim\u00e9ricas fueron sometidas a estudios de orientaci\u00f3n molecular en la UFSCar y en el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotr\u00f3n, en Campinas, a cargo de la postdoctoranda Marcia Branciforti. Para producir las blendas de PET y LCP, el grupo super\u00f3 otro desaf\u00edo: el de construir un accesorio que le confiere el formato final a un producto, pues sucede que no exist\u00edan en el mercado equipamientos espec\u00edficos a tal fin. Y la doctoranda Lucineide da Silva construy\u00f3 esta matriz. “Nos dimos cuenta de que nuestra matriz le otorg\u00f3 orientaci\u00f3n molecular al PET y mejor\u00f3 la del LCP”, dice Rosario. Ahora, el equipo del DEMa se aboca a la realizaci\u00f3n de\u00a0 estudios de permeabilidad, con miras a mejorar esta propiedad de las pel\u00edculas de PET y LCP.<\/p>\n Los Proyectos<\/strong>
\n<\/strong> Este sistema, compuesto por un molde met\u00e1lico, un l\u00e1ser, dos fibras \u00f3pticas, un detector y un atenuador de l\u00e1ser, puede adaptarse a cualquier m\u00e1quina inyectora que moldea piezas, lo que permite una reducci\u00f3n del tiempo de trabajo del equipamiento y del proceso. Funciona de la siguiente manera: dentro de la cavidad del molde de la botella o de cualquier otra pieza se inserta una fibra \u00f3ptica, que env\u00eda a trav\u00e9s de una ventana de zafiro un haz de l\u00e1ser. Se emplea\u00a0 zafiro porque \u00e9ste es transparente al l\u00e1ser y soporta las altas temperaturas y presiones existentes dentro del molde. El haz atraviesa el pol\u00edmero, que se inyecta fundido, y la se\u00f1al llega del otro lado del molde por v\u00eda de la otra fibra \u00f3ptica. El resultado aparece por medio de un software que analiza la intensidad de la luz, la presi\u00f3n y la temperatura dentro de la cavidad. Estas informaciones revelan el momento exacto de la cristalizaci\u00f3n. Hoy en d\u00eda no se conoce con exactitud\u00a0 el momento en que la botella de PET est\u00e1 lista, por ejemplo.<\/p>\n
\n<\/strong> Otra vertiente del proyecto\u00a0 tem\u00e1tico involucr\u00f3 el estudio de la orientaci\u00f3n molecular en blendas formadas por PET y diversos cristales l\u00edquidos polim\u00e9ricos, conocidos por la sigla LCP (de Liquid Crystal Polymer), que son materiales resistentes a las altas temperaturas y empleados en la producci\u00f3n de bobinas, conectores el\u00e9ctricos, sensores, instrumental quir\u00fargico, envases de l\u00edquidos corrosivos, indumentaria de astronautas, etc. El LCP tambi\u00e9n posee entre sus caracter\u00edsticas una relativa organizaci\u00f3n molecular cuando se est\u00e1 fundido, al contrario que la mayor\u00eda de los pol\u00edmeros tradicionales, que no tienen ninguna organizaci\u00f3n en estado l\u00edquido. Para usar una met\u00e1fora, los pol\u00edmeros fundidos se asemejan a una fuente llena de serpientes de diferentes tama\u00f1os y en permanente movimiento, mientras que el LCP se mantiene organizado, con estructuras rectas y paralelas, en forma de una caja de l\u00e1pices. El objetivo de esta investigaci\u00f3n consisti\u00f3 mejorar la propiedad de impermeabilidad de la blenda, pues el LCP tiene un baj\u00edsimo \u00edndice de permeabilidad, uno de las menores entre los pol\u00edmeros, y es impermeable a la mayor\u00eda de los gases. Pero, por otro lado, el problema es por ahora sigue siendo\u00a0 muy caro: alrededor de 25 d\u00f3lares el kilo.<\/p>\n
\n1. Estudio y simulaci\u00f3n del desarrollo de la microestructura de blendas y comp\u00f3sitos polim\u00e9ricos durante el procesamiento
\n2. Invenci\u00f3n de un m\u00e9todo y de un sistema destinado monitorear la cristalizaci\u00f3n de materiales polim\u00e9ricos durante el moldeo por inyecci\u00f3n
\nModalidad
\n<\/strong><\/em>1. Proyecto Tem\u00e1tico
\n2. Programa de Apoyo a la Propiedad Intelectual (Papi)
\nCoordinadora
\n<\/em><\/strong>Rosario Elida Suman Bretas – UFSCar
\nInversi\u00f3n
\n<\/em><\/strong>1. 183.578,92 reales y 80.698,52 d\u00f3lares (FAPESP)
\n2. 6.000,00 reales (FAPESP)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un sistema desarrollado en la UFSCar mejora la producci\u00f3n de botellas a base de pol\u00edmeros","protected":false},"author":23,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[],"coauthors":[116],"class_list":["post-80353","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/80353","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/23"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=80353"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/80353\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=80353"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=80353"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=80353"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=80353"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}