Desarrollos, tendencias y perspectiva del mercado de las maderas plásticas

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La ola "verde" sigue halando el crecimiento de los compuestos plástico-madera, incluso en tiempos de crisis. El uso de materiales reciclados, así como de materias primas renovables que no dependen del petróleo, le augura a este tipo de compuestos un importante potencial de crecimiento. Y, por supuesto, las ventajas de durabilidad, menores requerimientos de mantenimiento, reciclabilidad y resistencia a la intemperie harán que sigan ganándole terreno a la madera en aplicaciones de construcción.

Como plástico-madera se definen aplicaciones de resinas termoplásticas que contienen madera en forma de fibras o partículas. La madera puede ser de diferentes tipos -incluso reciclada-. Como matriz termoplástica se usan principalmente PEAD (cerca del 80% del total consumido), PVC (entre el 10 y el 13%) y PP (cerca del 8%).

La compañía de investigación de mercado Freedonia Group pronostica un crecimiento del 9,2% anual en el sector de madera plástica sólo en Estados Unidos. En el 2013, el mercado de madera plástica en este país sería de USD$ 5,3 mil millones. De acuerdo con Applied Market Information (AMI), en Europa el total del mercado de compuestos plástico-madera fue de 66 mil toneladas en 2007, y las tasas de crecimiento de 35% que vienen viéndose desde 2003 seguirán hasta 2010.

La receta del éxito
Cualquiera que haya intentado combinar plástico con refuerzos de madera podrá dar fe de que no se trata precisamente de "soplar y hacer botellas". El entusiasmo inicial se pone a prueba al ver que las fibras se apelmazan, se desprenden fácilmente del plástico y se degradan, o al ver que, sencillamente, no hay un producto consistente. Frente a tanta adversidad los aditivos salen al rescate, pero, nuevamente, encontrar la receta adecuada requiere una buena dosis de tiempo, experimentación y tenacidad. En algunas formulaciones es necesario cuidar que los aditivos mezclados no reaccionen negativamente entre sí (particularmente las mezclas con lubricantes). Por tanto, no hay esfuerzo grande cuando se trata de informarse sobre las posibilidades disponibles.

Los agentes de acople mejoran la adhesión entre resina y fibra, reduciendo la absorción de agua e incrementando la resistencia mecánica. Además, ayudan a la dispersión de la fibra en la matriz, lo que puede permitir un incremento del porcentaje de madera dentro del compuesto. En compuestos con poliolefinas son particularmente importantes, pues reducen la incompatibilidad existente entre la matriz no-polar y la naturaleza polar propia de la madera. Los agentes de acople principales usan poliolefinas modificadas químicamente, en las cuales se añaden ramificaciones de anhídrido maléico a la cadena molecular a través de extrusión-reacción. Este tipo de aditivos se usa típicamente en dosificaciones de 1 a 2%. Crompton Corp. ofrece el Polybond 3029MP, basado en PEAD, que por tener un tamaño pequeño de malla tiene buenas propiedades de dispersión. Equistar Chemicals ofrece la línea Integrate, basada en PE, así como agentes basados en PP. DuPont ofrece el Fusabond MB-226D para PE y el MD-353D para PP. Para PE, Eastman Chemical ofrece el Epolene G-2608, y para PP los grados E-46, G-3003 y G-3015. Clariant Additive Masterbatches ofrece los concentrados Cesa-Mix 8611 y 8468.

Para lograr un buen procesamiento y evitar la abrasión del equipo, es necesario el uso de lubricantes. Los lubricantes con estearatos metálicos interfieren con el anhídrido maléico de ciertos agentes compatibilizantes. Struktol ofrece paquetes de aditivos y mezclas a la medida, con lubricantes que no afectan el desempeño. Chemtura también desarrolla lubricantes que no interfieren con los agentes de acople. Ferro ofrece la línea SXT 2000, mezclas de estearatos metálicos y lubricantes no metálicos, y los SXT 3100, formulaciones metálicas sin estearato. Reedy ofrece el Saftec WLB Egde 100, que maximiza la adhesión a refuerzos polares y no polares y no contiene elementos metálicos.

Creciendo como espuma
El espumado de compuestos madera-plástico es uno de los sectores más interesantes, gracias a que al espumar el compuesto se reducen tanto el peso como el consumo de materia prima. Además, el espumado permite ganar en rigidez y hace que los compuestos tengan una apariencia más cercana a la madera cuando se trata de cortar o taladrar. Aun cuándo el espumado incrementa la complejidad del proceso y puede reducir la tasa de producción, el ahorro de material puede incrementar el margen de ganancia. Se calcula que actualmente el 20% de los compuestos plástico-madera se espuman, y los que más se espuman son compuestos de PVC.

Para espumar pueden usarse agentes espumantes químicos. En los polímeros amorfos, como el PVC o el PS, la resistencia del fundido es mayor que en los polímeros semi-cristalinos (como el PP o el PE-lineal), lo que facilita el espumado. Al espumar es importante escoger un lubricante compatible, porque algunos lubricantes polares actúan como anti-espumantes activos. El uso de agentes de acople en el espumado mejora la nucleación y la tenacidad del fundido.

Entre los proveedores de agentes soplantes químicos se cuenta a Clariant Masterbatches, con el Hydrocerol PLC. Bergen International ofrece el Foamasol, para aplicaciones estéticas no estructurales. Crompton ofrece la familia de aditivos Celogen, en formulaciones listas que pueden incluir color y otros aditivos. Reedy International ofrece el agente espumante Saftec AS, que reduce la absorción de agua.

Potencial
En Estados Unidos, donde actualmente se consume cerca del 85% de la producción mundial de plástico madera, la aplicación más importante ha sido la de porches y suelos tanto interiores como exteriores. Sin embargo, debido a que en el resto del mundo este tipo de aplicación arquitectónica no necesariamente se encuentra, se está buscando el crecimiento en aplicaciones como cercas, tableros de construcción, ventanas y láminas para reemplazar el "plywood". Así mismo está creciendo el interés en usar compuestos plástico-madera en aplicaciones estructurales. Sin embargo, para conquistar estos mercados todavía es necesario trabajar en la mejora de propiedades de fluencia, resistencia al impacto y rigidez, sobre todo en función del contenido de humedad. Todo depende de la adhesión entre la fibra de madera y la matriz termoplástica. En algunos casos se considera utilizar rellenos minerales inorgánicos, como el talco o el carbonato de calcio, pues podrían incrementar las propiedades mecánicas y en algunos casos mejorar la retardancia a la llama.

El crecimiento de aplicaciones de plástico madera se ha visto medrada por la falta de conocimiento de parte de los usuarios. Expertos de la industria citan además la falta de estándares para calificar el desempeño como otra de las limitantes para el crecimiento, así como la falta de consistencia en el desempeño. "Las regulaciones y códigos de construcción se aplican a materiales convencionales, y no necesariamente pueden aplicarse a la madera-plástica", afirma John Nash, de la consultora Applied Market Information Ltd. Sin un estándar para guiar a los consumidores, no tendrán la opción de entender por qué pagar más por un producto que tiene mayor valor agregado.

Tecnologías disponibles
El procesamiento de compuestos plástico-madera ofrece varios desafíos comparado con el procesamiento convencional de termoplásticos. La temperatura de proceso no debe superar 190°C, para no degradar las fibras vegetales. Adicionalmente, el contenido de humedad (tanto el porcentaje de humedad como la consistencia del volumen contenido) son críticos para la calidad del producto final. Hasta ahora continúa entre los proveedores la tendencia de hacer un proceso en dos etapas, compactando las materias primas inicialmente y posteriormente extruyendo el perfil.

Cincinnati Extrusion ofrece el modelo Fiberex. La Fiberex A135-37D es la primera extrusora de tornillos paralelos contra-rotantes para la producción de estos compuestos (los tornillos de la empresa usualmente eran cónicos). Dos unidades de degasificación, equipadas con una bomba de vacío y filtro, se suman al recubrimiento bimetálico de carburo de tungsteno, tanto en los tornillos como en el barril, para incrementar la calidad del producto extruido.

Por su parte, Cincinnati Milacron desarrolló un sistema "Plug&Play", que es un producto a escala de sistemas mayores y reduce sustancialmente la inversión inicial. Los polímeros de la matriz, la fibra y los aditivos se mezclan previamente y se aglomeran en un proceso en línea para producir una formulación uniforme. El aglomerado se seca posteriormente, también en un proceso en línea, y se añade a la extrusora para la fundición, mezclado, venteo, homogenización y conformación. A la salida del dado, el enfriado se logra con un sistema intensivo de spray -en lugar del baño que se usa típicamente-, reduciendo el largo de la línea y aumentando la efectividad. El sistema está disponible en capacidades de 1.000 y 2.000 kg/hr.

Reifenhäuser ofrece sus extrusoras doble husillo contrarrotantes Bitruder. Se destacan por la longitud de la unidad de plastificación (de 25D a 36D) y por la posibilidad de contar con geometrías específicas de tornillo, factores que les permiten flexibilidad a la hora de hacer formulaciones. El tornillo tiene un sistema de enfriamiento y calentamiento que asegura control preciso del fundido y el tiempo de calentamiento permite que se trabaje con contenidos de humedad de hasta 7%. La resistencia a la abrasión de tornillos y barril garantiza hasta 30.000 horas de operación, de acuerdo con la empresa.

El fabricante italiano Bausano afirma que con sus extrusoras Poliwood es posible emplear la materia prima local, sin formulaciones especificas. El sistema requiere el secado previo del material hasta alcanzar una humedad de 1,5%. La extrusora doble husillo tiene una longitud de tornillo de 36D y dos etapas de degasificación, lo que permite lograr homogeneidad y eliminar los últimos residuos de humedad. La alimentación del componente vegetal se hace con dosificadores gravimétricos.

American Maplan ofrece un sistema de coextrusión para la producción de perfiles reforzados con fibras naturales en aplicaciones de dos y tres capas, que reduce el costo y tiempo de producción. El sistema emplea un dado tipo patas de araña modificado, con un set de dado de perfil hecho a la medida. Puede usarse para la producción de compuestos hasta con 70% de fibra y en tasas de producción hasta de 1.350 kg/hr. La empresa ofrece además sus extrusoras planetarias de doble etapa, diseñadas para obtener un mezclado dispersivo adecuado pero con bajo esfuerzo constante. El fabricante afirma que con esta línea es posible procesar madera hasta con 4% de humedad.

El fabricante Entex Rust & Mitschke GmbH, en Bochum, Alemania, ofrece también extrusoras planetarias para producción de compuestos plástico-madera. El contenido de madera con estas extrusoras puede ser hasta de 80%, de acuerdo con la empresa. Entek, basado en Oregon, Estados Unidos, ofrece líneas de husillos dobles co-rotantes, con productos llave-en-mano.

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