Presentation of MASTALMOND and GREENZO projects in equiplast 2014

AIJU CENTRO TECNOLÓGICO

Asunción Martínez

Barcelona 30-9-2014

Introducción

2

AIJU es una entidad sin ánimo de lucro cuyo fin es favorecer la investigación, el desarrollo y la innovación tecnológica en el sector de productos infantiles, de ocio y relacionadas.

De este modo, posibilita la mejora constante en la calidad de los productos y ayuda a incrementar la competitividad de las empresas, impulsando la incorporación de nuevas tecnologías.

AIJU CENTRO TECNOLÓGICO - Datos 2013

•Fundado en 1985.• Instalaciones de 4.500 m2.

• AIJU personal: 68 profesionales- 10% Doctores- 39% Titulados superiores- 16% Titulados medios- 25% Auxiliares técnicos- 10% Auxiliares administrativos

Datos 2013

4

47Partners Tecnológicos

y 60

Entidades colaboradoras

52.658 Servicios tecnológicos a

3.274Clientes

170Actividades y jornadas

informativas a1.554

Participantes

459Asociados

71Empresas participantes

en proyectos

5Datos 2013

ÁREAS DE CONOCIMIENTO6

Producto y desarrollo sostenible

Tecnologías de la información

aplicadas a la salud, juegos y ocio

Moldes prototipo y Fabricación aditiva

Observatorio de mercado y tendencias para el target Infantil

Solución integral para el desarrollo

de productos

Ingeniería energéticaOrganización y gestión avanzada de empresas

Seguridad en productos

infantiles y de ocio

Investigación en materiales y procesos de transformación de

plásticos

Adecuación de producto al

usuario y Psicopedagogía

Barcelona 30-9-2014

Valorización de recursos naturales e industriales en juguetes, productos

infantiles y de consumo

Barcelona 30-9-2014

New biodegradable and eco-friendly almond shell based masterbatches for

traditional sectors MASTALMOND LIFE11 ENV/ES/513

Inicio: 01/10/2012 – Fin: 30/09/2015

Barcelona 30-9-2014

Antecedentes

80-90% artículos plásticos inyectados contienen colorantes y otros aditivos

Forma más extendida de colorear: Masterbatches

España es el productor mundial de almendra con el 12% de la tasa de producción (150.000 t España y 165.000 t en Europa).

Tradicionalmente, este residuo ha sido usado como combustible

Barcelona 30-9-2014

INNOVACIÓN:1) No existen masterbatches en el mercado basados en polímeros biodegradables ni con

componentes naturales (cáscara de almendra).

2) Incorporación de pigmentos orgánicos e inorgánicos a los masterbatches para obtener tonalidades similares a la madera (roble, haya, nogal, etc.) y otros colores.

VENTAJAS:1) Introducción de polímeros biodegradables en sectores tradicionales como el juguete o el

del mueble siendo un factor de competitividad en el mercado actual respecto a otros mercados emergentes.

2) Mejora en la eficiencia de uso de los recursos naturales por medio de la reutilización de cáscara de almendra y el uso de polímeros biodegradables.

3) Exigencia por parte de los consumidores de productos medioambientalmente sostenibles.

Barcelona 30-9-2014

MERCADOS POTENCIALES:

1) Automoción: piezas moldeadas, embellecedores, accesorios, complementos,…

2) Informática: carcasas y complementos para ordenadores, impresoras, periféricos,…

3) Envase/embalaje: cajas estuches, pack alimentario,…

4) Construcción: conducciones, tuberías, perfiles recubrimientos, carpintería plástica, …

5) Juguetes de todo tipo.

6) Calzado: tacones, suelas, adornos y complementos.

Barcelona 30-9-2014

Objetivo General Objetivos Específicos

Desarrollo de nuevos concentrados de color basados en cáscara de almendra con distintos termoplásticos biodegradables orientados a los sectores del juguete y el mueble auxiliar y trasladables a otros sectores industriales

•Análisis físico-químico de la cáscaraMolienda a distintos tamaños de partícula

•Incorporación y dispersión de la cáscara de almendra triturada en polímeros biodegradables.

•Incorporación de pigmentos orgánicos e inorgánicos a los compuestos.

•Optimización del proceso de inyección que cumplan las especificaciones.

•Validación de piezas prototipo.

Barcelona 30-9-2014

Acciones

Acción A1. Estado del Arte

Acción B1. Establecimiento de especificaciones para las formulaciones del masterbatch

Acción B2. Puesta en marcha del proceso de obtención de los nuevos masterbatches

Acción B3. Desarrollo de demostradores: piezas de juguete y mobiliario conteniendo en su composición los nuevos masterbatches

Acción B4. Evaluación de resultados

Acción C. Seguimiento del impacto del proyecto por medio de indicadores

Acción E. Difusión

DESARROLLO

Barcelona 30-9-2014

DESARROLLO

Estudio de la influencia de la Variedad de la almendra en las propiedades de piezas inyectadas con masterbatches de cáscara de almendra

El objetivo: determinar si existen cambios sustanciales en las propiedades mecánicas cuando se utilizan diferentes variedades de almendra por separado o si los distintos tipos de cáscara están mezcladas

1.3

Accio

nes

Estudio del Tamaño de la cáscara de almendra (0.3-0.7 mm)Estudio de diferentes proveedoresEstudio del % de masterbatch en probetas inyección (al 4 y 8 %)Caracterización de propiedades mecánicas (Tracción, Flexión, dureza, impacto charpy)Estudio con diferentes tipos de ácido poliláctico (PLA)Estudio de diferentes tratamientos para mejorar la adhesión en la interfase fibra-matriz

El objetivo: determinar si existen cambios sustanciales cuando se utilizan diferentes tamaños, proveedores y/o porcentajes de masterbatch así como tipo de PLA.

LIFE11 ENV/ES/513

Variedades de cáscara de almendra empleadas. Comuna, Desmayo rojo, Largueta, Marcona y Guara (izquierda). Mezcla de variedades (derecha)

Las cáscaras de almendra se han triturado primero a 5 mm (fotografía izquierda), posteriormente a 1 mm y por último se ha tamizado hasta obtener polvo de tamaño inferior a 0.5 mm (fotografía derecha).

1.3

Accio

nes

B2. Estudio de la influencia de la variedad de la almendra

LIFE11 ENV/ES/513

1.3

Accio

nes

Humedad. Presenta un elevado porcentaje de humedad, similar en todas las variedades (10-13%).

Variedad de la cáscara de almendra

% HUMEDAD

Comuna 12.15±0.21

Mezcla 11.10 ±0.28Desmayo Rojo 11.44±0.10Marcona 11.54±0.23Guara 11.31±0.47Mollar 10.21±0.24

Compresión.


Variedad de la cáscara de almendra

Fuerza compresión hasta rotura (N)

Comuna --

Mezcla --Desmayo Rojo 790 ± 98Marcona 503 ± 49Guara 712 ± 77Mollar 296 ± 43Largueta 725 ± 99

LIFE11 ENV/ES/513

Caracterización 7 formulaciones de masterbatch

Curva termogravimétricas: A partir de 180°C, comienza la descomposición de todas las variedades de cáscara de almendra. Dicha descomposición sucede escalonadamente, indicando que los diferentes compuestos presentes en la cáscara de almendra descomponen a diferentes temperaturas

1.3

Accio

nes


Inicio descomposición 180-200 ºC: Temperatura máxima de trabajo

LIFE11 ENV/ES/513

Desarrollo del masterbatch-Masterbatch obtenido mediante extrusión-Triturado a 0.5 mm- Secado de la cáscara para obtener el masterbatch durante 2 h a 80 ºC- Preparación del masterbatch PLA extrusión + cáscara (variedades por separado y mezcla)

Inyección de probetas: PLA + 4 % de MB (Cáscara de almendra de diferentes variedades y mezcla)

1.3

Accio

nes

Condiciones de InyecciónMuestras con un 4% de masterbatch

Temperatura de inyección (°C) 40-180-190-200-200Temperatura de molde (°C) 30Temperatura de aceite (°C) 45

Velocidad de inyección (mm/s) 70

Presión de inyección (max)(bar) 165Presión posterior (bar) 83Tiempo de enfriamiento (s) 35


Ejemplo de una probeta inyectada con cáscara tipo “Comuna”

LIFE11 ENV/ES/513

Caracterización de las probetas inyectadas:1.3

Accio

nes


Blanco

Comuna

Mezcla

Largu

eta

Desmay

o Rojo

Marcona

Guara

Mollar

0

5

10

15

20

25

Impacto Charpy 4 % MB

Resil

encia

(KJ/

m2)

Blanco

Comuna

Mezcla

Largu

eta

Desmay

o Rojo

Marcona

Guara

Mollar

0102030405060708090

Dureza Shore D - 4 % MB

Dure

za S

hore

D

Blanco

Comuna

Mezcla

Largu

eta

Desmay

o Rojo

Marcona

Guara

Mollar

0400800

1200160020002400280032003600

Ensayo de Tracción. Módulo de Young

Mód

ulo

de Y

oung

(Mpa

)

Blanco

Comuna

Mezcla

Largu

eta

Desmay

o Rojo

Marcona

Guara

Mollar

010203040506070

Ensayo de Tracción. Tensión Rotura

Tens

ión

Rotu

ra

LIFE11 ENV/ES/513

CONCLUSIONES

1.3

Accio

nes


La propiedad que presenta una mayor repercusión es el IMPACTO, ya que se observan cambios importantes con la introducción de cáscara de almendra. El material rompe antes y se vuelve más frágil.

Las probetas inyectadas con masterbatch con cáscara de almendra de mezcla de variedades y con variedad comuna presentan mejor comportamiento al impacto que el resto de variedades

En las propiedades de DUREZA, TRACCIÓN Y FLEXIÓN, no existe diferencias significativas entre la almendra tipo comuna y la mezcla, así como en el blanco.

Como consecuencia de ello se ha decidido trabajar con la MEZCLA debido a que es más fácil de adquirir, presenta propiedades mecánicas similares a la cáscara de almendra tipo “COMUNA” y son más baratas.

LIFE11 ENV/ES/513

Objetivo: Ver la influencia sobre las propiedades mecánicas en función del tamaño de partícula de la cáscara de almendra.

Matriz Polimérica del masterbatch: PLA extrusión30 % cáscara de almendra (mezcla de variedades) con diferente tamaño de partícula y aditivos incluidos

Nueve formulaciones de masterbatch:

1.3

Accio

nes

B2. Estudio de la influencia del tamaño de partícula

a) Tamaño 0.4-0.7 mm b) Tamaño 0.4-0.3 mm c) Tamaño menor 0.3 mm

4%

8%

4%

8%

4%

8%

LIFE11 ENV/ES/513

Caracterización de las probetas inyectadas: IMPACTO CHARPY., tracción, Dureza Shore…

1.3

Accio

nes

Blanco 0,4-0,7 mm

(Adit.1)

0,4-0,7 mm

(Adit.2)

0,4-0,7 mm

(Adit.3)

0,4-0,3 mm

(Adit.1)

0,4-0,3 mm

(Adit.2)

0,4-0,3 mm

(Adit.3)

Menor 0,3mm (Adit.1)



0

5

10

15

20

25

Impacto Charpy

4 % MB8 % MB

Resil

encia

(KJ/

m2)


Blanco 0,4 - 0,7 mm 0,4 -0,3 mm Menor 0,3 mm0

5

10

15

20

25

Impacto Charpy

Aditivo 1- 4 %Aditivo 2 - 4 %Aditivo 3 - 4 %

Tamaño de partícula

Resil

encia

(KJ/

m2)

LIFE11 ENV/ES/513

CONCLUSIONES

-4 % de masterbatch en la matriz polimérica se comporta algo mejor mecánicamente, aunque no existen grandes diferencias.

- Tamaños pequeños de partícula de cáscara de almendra (< 0.3 mm) se obtienen mejores propiedades mecánicas, especialmente en impacto.

1.3

Accio

nes


LIFE11 ENV/ES/513

Masterbatches PLA + 30 % cáscara almendra

•Suministradores: Ta (0,2 -0,5 mm), M (0,1 mm), Tr (0,08 mm) y F (0.1-0.3 mm). Mezcla de variedades de cáscara de almendra 3 formulaciones más•PLA •Preparación de los masterbatches: 70% PLA + 30% cáscara (de cada suministrador)•Condiciones de extrusión T= 190 ºC, velocidad husillo = 150 rpm, caudal = 10 kg/h

1.3

Accio

nes

a) Tr b) M c) Ta

Compound 70% PLA + 30%Cáscara de almendra

B2. Estudio de Proveedores cáscara y tipo de PLA

LIFE11 ENV/ES/513

1.3

Accio

nes

Inyección al 4 y 8 % de MB

Material Polimérico MB: PLA extrusión (MFI 22 g/10 min, densidad 1.25 g/cm3)

Secado del MB 2 h/80 ºC

Material polimérico para inyección probetas:-PLA inyección (Transparente)- PLA inyección (Opaco)

Transparente Opaco

Índice de Fluidez (g/10 min) 9 8.5

Peso específico (g/cm³) 1.25 1.29

Temperatura de fusión (°C) 159/170 172

Temperatura de transición vítrea (°C) 50 43

Temperatura de Deformación bajo carga (HDT) (°C) 45 36

Módulo de Young (GPa) 3.2 3.3

Elongación en rotura (%) 3 144

Esfuerzo en punto de fluencia (N/mm²) 63 40

Resistencia térmica (°C) 241 190

B2. Estudio de Proveedores y tipo de PLA

LIFE11 ENV/ES/513

1.3

Accio

nes

Probetas inyectadas al 4 y 8 % MB. 14 Formulaciones

4%

8%

4%

8%

(a) PLA Transparente “Tr” (b) PLA opaco “Tr”

4%

8%

4%

8%

(a) PLA Transparente “M” (b) PLA opaco “M”


LIFE11 ENV/ES/513

Caracterización de las probetas inyectadas:

1.3

Accio

nes

Blanco Trencaora Magasima Tapia Frupinsa0

10

20

30

40

50

60

Impacto Charpy

4 % MB PLA transparente4 % MB PLA Opaco8 % MB PLA Transparente8 % MB PLA Opaco

Proveedor

Resil

encia

(KJ/

m2)


Blanco Trencaora Magasima Tapia Frupinsa0

500100015002000250030003500400045005000

Ensayo de Tracción. Módulo de Young

4 % MB PLA transparente4 % MB PLA Opaco8 % MB PLA Transparente8 % MB PLA Opaco

Proveedores

Mód

ulo

de Y

oung

(Mpa

)

LIFE11 ENV/ES/513

• PLA opaco presenta mayor resistencia al impacto que el transparentes y al introducir la cáscara de almendra disminuye un poco la rigidez (en el transparente queda similar).

•Al añadir el masterbatch de cáscara de almendra disminuye dicha resistencia: 4 % de MB presenta mejores propiedades mecánicas que al 8 %, aunque no es muy significativo

•La dureza aumenta muy ligeramente en las piezas con cáscara de almendra y es similar en todos los proveedores y en ambos PLAs.

•Todos los proveedores presentan comportamientos similares, por dicho motivo se podrá trabajar con el proveedor que más interese por precios y disponibilidad.

• La variedad de la cascara de almendra no influye en las propiedades finales de la pieza, por dicho motivo se escogerá el trabajar en forma de mezcla.

•El porcentaje de humedad obtenido de las formulaciones desarrolladas está dentro de los márgenes de aceptación, entre un 2 %-3 %, para el procesado de materiales con cargas o fibras naturales, según estudios previos realizados por otros grupos de trabajo).

•La incorporación de cáscara de almendra disminuye ligeramente el índice de fluidez, lo que significa que el material se hace más viscoso. Teniendo en cuenta que se han empleado cáscaras de almendra de diferentes proveedores y con un tamaño y geometría del grano diferentes, los resultados obtenidos son bastante similares, por lo que en principio parece ser que el tamaño y geometría de la partícula no influye en la viscosidad del material

• A partir de un tamaño de 0.3-0.4 mm existe una mejora en el comportamiento mecánico.

2.

Con

clu

sio

nes

2. Conclusiones

Coordinador: AIJU Participantes: IQAP/ INJUSA/ PÉREZ CERDÁ

LIFE11 ENV/ES/513

Acción Tareas

B.3. Desarrollo de los demostradores: piezas de juguete y mobiliario conteniendo en su composición los nuevos MB.

1. INJUSA y PEREZ CERDA diseñarán diversas piezas o partes de juguetes y mobiliario auxiliar. Teniendo en cuenta las propiedades mecánicas y químicas que deben cumplir las piezas finales.

2. Establecer las condiciones de inyección y procesado.

3. Inyección 6 piezas (3 por industria).

1.3.4.Acción B3. 1.3

Accio

nes

Se han determinado las piezas a diseñar y se está en proceso de diseño:

Silla de oficina completa, cantoneras y embellecedores (PÉREZ CERDÁ) Chasis y tapacubos delanteros y traseros (INJUSA)

Una vez determinadas las mejores formulaciones se llevará a cabo el proceso de inyección.

Barcelona 30-9-2014

www.lifemastalmond.eu

http://www.lifemastalmond.eu/

Demonstrative pilot plant for the valorisation of non-ferrous metal

waste (GREENZO LIFE13 ENV/ES/000173)

Presupuesto: Total: 1.062.170 € UE Co-financiación: 525.910 € (49’98% del total elegible)

Duración: Inicio: 01/06/2014 – Fin: 31/05/2017

Beneficiarios:Coordinador: Asociación de Investigación de la Industria del juguete, conexas y afines (AIJU).

Asociados: Cauchos Karey S.A (KAREY), Instituto de Tecnología Química-Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ITQ-CSIC), Wort Europ S.L. (WORT).

1.2. Antecedentes

• El zámak (aleación Zn, Al, Mg y Cu), se procesa mediante moldeado a presión (inyección) y se emplea en diversos sectores (herraje, juguete,…) por sus propiedades.

• “The European Foundry Association” indica que durante 2011 en Europa se fundieron 3’5 mill. toneladas de zámak.

• Las empresas que consumen zámak y lo procesan, generan más de 1 millón de toneladas anuales de residuos (escorias de fundición, lodos de vibrado,…) en Europa.

• Esta tipología de residuos son depositados en vertederos controlados con el correspondiente impacto ambiental (generación de lixiviados), desperdiciándose sus recursos minerales.

•Estos residuos tienen un contenido variable de zinc metálico (cuarto metal más exportado a nivel mundial) que puede ser valorizado en forma de ZnO.

1.3. Objetivos

Objetivo General Objetivos Específicos

• Desarrollo de una planta piloto demostrativa, que obtenga óxido de zinc (ZnO) partiendo de residuos metálicos no férreos (zámak) y validación del ZnO obtenido en aplicaciones industriales (catálisis química: vulcanización caucho/eva y reformado bioetanol).

• Revisión del estado del arte.

• Establecimiento de especificaciones.

• Diseño, desarrollo y puesta a punto de la planta piloto pre-industrial.

• Desarrollo y validación de los demostradores (aplicaciones industriales) con el ZnO obtenido.

• Divulgación y plan de comunicación posterior al desarrollo.

2. Estado actual del proyecto

Kick off Meeting: 18/06/2014


Web: www.lifegreenzo.eu

(en construcción)


Informes:

- Estado del arte sobre el proceso de reciclado de residuos industriales mediante arco por plasma.

- Descripción del residuo a valorizar y con las especificaciones de los demostradores finales.

Gracias por su atenciónPreguntas

[email protected]ón Martínez García

Instituto tecnológico del Juguete AIJU Avda. De la Industria nº 23

03340-IBITlf: 96 555 44 75

www.aiju.info

mailto:[email protected]

Presentation of MASTALMOND and GREENZO projects in equiplast 2014

Engineering

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