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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.
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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.
B2. Estudio de la influencia de la variedad de la almendra
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
B2. Estudio de la influencia de la variedad de la almendra
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
B2. Estudio de la influencia de la variedad de la almendra
Ejemplo de una probeta inyectada con cáscara tipo “Comuna”
LIFE11 ENV/ES/513
Caracterización de las probetas inyectadas:1.3
Accio
nes
B2. Estudio de la influencia de la variedad de la almendra
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
B2. Estudio de la influencia de la variedad de la almendra
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)
Menor 0,3mm (Adit.2)
Menor 0,3mm (Adit.3)
0
5
10
15
20
25
Impacto Charpy
4 % MB8 % MB
Resil
encia
(KJ/
m2)
B2. Estudio de la influencia del tamaño de partícula
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
B2. Estudio de la influencia del tamaño de partícula
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”
B2. Estudio de Proveedores y tipo de PLA
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)
B2. Estudio de Proveedores y tipo de PLA
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.
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
2. Estado actual del proyecto
Web: www.lifegreenzo.eu
(en construcción)
2. Estado actual del proyecto
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
proyectos@aiju.infoAsunción Martínez García
Instituto tecnológico del Juguete AIJU Avda. De la Industria nº 23
03340-IBITlf: 96 555 44 75
www.aiju.info