El proyecto INNOPUL desarrollará piezas estructurales reciclables para una construcción sostenible

Por Sergio Navarro García. Investigador en construcción y energías renovables. AIMPLAS

Según refleja la Directiva 2012/27/UE relativa a la eficiencia energética, el sector de la construcción es responsable del 40% de las emisiones de carbono, por lo que su reducción es muy importante de cara a mitigar el cambio climático y sus consecuencias. En este contexto, la ONU ha definido como uno de sus objetivos “lograr que las ciudades sean más inclusivas, seguras, resilientes y sostenibles” (ODS 11). Por lo tanto, la sostenibilidad se ha convertido en una característica necesaria en el sector de la construcción.

Para que una construcción sea considerada sostenible se debe actuar en todo su ciclo de vida. En concreto, si hablamos del proceso de construcción, se debe trabajar el ecodiseño, fijándonos en varios puntos: minimizar el desperdicio de materiales, aumentar la durabilidad de estos, mejorar sus funcionalidades y utilizar materiales sostenibles, entre otros.

Un material sostenible se considera aquel que no agota los recursos naturales y cuyo uso no tiene un impacto adverso sobre el medio ambiente. Además, para reducir el impacto sobre el medio ambiente y el consumo de energía, se debería potenciar el uso de materiales reutilizables o reciclables al final de su vida útil. En este sentido, se ha identificado que uno de los caminos hacia la construcción sostenible pasa por la introducción de materiales compuestos sostenibles con capacidad estructural durante su uso y de reciclaje al final de su vida útil.

En base a esta demanda de productos de construcción sostenible, el proyecto INNOPUL, liderado por AIMPLAS, tiene como objetivo desarrollar materiales pre-impregnados con los requisitos necesarios (calidad de impregnación y flexibilidad de adaptación) para ser transformados en un innovador proceso de pultrusión termoplástica, con el fin de obtener perfiles estructurales sostenibles para el sector de la construcción.

Estos desarrollos están completamente alineados con los objetivos definidos en el RIS3-CV, en concreto con las medidas nº 21: Apoyo a la generación y adaptación de conocimiento y tecnología para su aplicación en nuevos productos y entornos personalizados por parte de centros tecnológicos y la medida nº 24. Apoyo a la generación y adaptación de conocimiento y tecnología en fabricación avanzada y nuevos sistemas industriales por parte de centros tecnológicos.

¿Qué son estos materiales pre-impregnados?

Los materiales pre-impregnados termoplásticos son aquellos formados por una fibra continua y un polímero termoplástico adherido o en contacto directo con ésta, de forma que se comporta como un material intermedio, más o menos uniforme, que está preparado para facilitar su posterior procesado.

El proceso de pultrusión termoplástica necesita de materiales pre-impregnados de altas prestaciones mecánicas y que posibiliten una alta flexibilidad en el proceso, permitiendo la obtención de perfiles estructurales de diversas formas y tamaños. Además, es necesario aumentar la eficiencia del proceso y abaratar costes.

¿En qué consiste el proceso de pultrusión tradicional?

La pultrusión es uno de los procesos más viejos en el mundo de la fabricación de polímeros reforzados con fibra. Se trata de añadir un refuerzo impregnado con una resina termoestable en una forma y dirección determinadas para obtener las características requeridas. Esta técnica permite fabricar un gran volumen de producción, gracias a que es un proceso automático, de molde cerrado y continuo. Esta automatización conlleva bajos costes de producción. Actualmente, el proceso de pultrusión se realiza con resinas termoestables y se utiliza principalmente para fabricar piezas sólidas o huecas cuya sección se mantiene constante. La pultrusión con polímeros termoestables requiere un proceso de curado producido mediante polimerización y sus propiedades mecánicas dependen de las unidades moleculares y de la extensión y densidad de los enlaces cruzados en red (Figura 1).

¿En qué se diferencia el proyecto INNOPUL respecto al estado del arte actual?

A diferencia de los desarrollos actuales, que se fundamentan en la utilización de la polimerización aniónica o la utilización de los materiales pre-impregnados que no cumplen los requerimientos del proceso de pultrusión, el proyecto INNOPUL pretende ir un paso más allá, poniendo el foco en trabajar sobre la reología de las matrices termoplásticas, con la finalidad de mejorar la impregnación y la adhesión (matriz termoplástica/fibra), así como diseñar todos los útiles, moldes y sistemas necesarios para desarrollar un innovador proceso de pultrusión termoplástica que permita obtener piezas finales estructurales para el sector de la construcción.

La pultrusión termoplástica es un proceso limitado actualmente a perfiles planos, ya que no existe ningún proceso para la obtención de perfiles de uso en sistemas constructivos. Las principales diferencias con el proceso de pultrusión termoestable están focalizadas en el diferente comportamiento químico de las materias primas utilizadas (matrices termoplásticas). Además, en la pultrusión termoplástica se necesitan sistemas especiales de tensionado y guiado para distribuir de forma homogénea las fibras por toda la sección del perfil y además es fundamental controlar el enfriamiento del molde. 

Las principales ventajas que presenta este proceso frente a la pultrusión termoestable, es decir, las ventajas que proporciona el uso de matrices termoplásticas en lugar de termoestables son:

• Mayor tolerancia al impacto.

• Tiempo de procesamiento menor.

• Estabilidad química.

• Se eliminan emisiones de volátiles peligrosos para la salud en su fabricación.

• Resistencia medioambiental.

• Reciclabilidad.

• Permitirán curvarse y unirse mediante soldadura.

Por otro lado, el principal inconveniente que presentan las matrices termoplásticas es el gran reto tecnológico y científico que suponen, ya que tienen una viscosidad más alta que los termoestables, lo que causa que la impregnación de refuerzos sea mucho más compleja.

Para reducir el exceso de CO₂ en la atmósfera, AIMPLAS investiga con el proyecto INNOPUL el desarrollo de piezas estructurales 100% reciclables con un coste competitivo que facilite su rápida introducción al mercado. El desarrollo representa una alternativa más sostenible para el sector de la construcción y más económica, dada la mayor durabilidad de estos productos y el menor mantenimiento que requieren.

¿Qué avances se esperan con el proyecto INNOPUL?

El desarrollo del proyecto INNOPUL nos permitirá pasar del TRL 3 actual a un TRL 6, que vendrá demostrado por la fabricación y validación de prototipos y demostradores de tres productos innovadores:

• Materiales pre-impregnados que cumplan los requerimientos del proceso de pultrusión termoplástica con las siguientes ventajas competitivas:

• Dimensiones adecuadas para su transformación en distintos tipos de perfiles.

• Volumen de fibra de al menos un 50%.

• Maximizar la impregnación y por lo tanto la interfase matriz-fibra para asegurar altas propiedades mecánicas.

• Precio competitivo.

• Innovadora línea de pultrusión termoplástica mediante la adaptación de equipos actuales, asegurando una rápida transferencia a las empresas a través de:

• Diseño y desarrollo de un innovador molde específico para la transformación de las cintas pre-impregnadas, desarrolladas en el proyecto INNOPUL, basándonos en resultados de la simulación del procesado y del calentamiento en el interior del molde (Figura 2).

• Sistemas adaptados de guiado y tracción teniendo en cuenta las características del nuevo material.

• Perfiles de altas prestaciones mecánicas y reciclables para una construcción sostenible con un coste competitivo que permita su rápida introducción en el mercado.

Los innovadores productos finales de este proyecto dotarán a las envolventes y superficies de edificios y estructuras de una resistencia duradera, además de su capacidad de reciclado y otras facilidades, como la posibilidad de transformarse en perfiles curvos o de unirse a otros materiales mediante soldadura, lo que ofrece la posibilidad de obtener estructuras hibridas metal-composite sin utilizar adhesivos.

De esta manera, AIMPLAS trabaja en una nueva línea de fabricación de perfiles con altas prestaciones mecánicas y reciclables mediante un proceso de producción automatizada.

¿Quién colabora en el proyecto INNOPUL?

En esta iniciativa liderada por AIMPLAS colaboran otras ocho empresas que cubren toda la cadena de valor de este proyecto, desde fabricantes de materiales plásticos y empresas transformadoras, hasta empresas de construcción y servicios de arquitectura e ingeniería: Eslava, UBE, Xúquer Arquitectura e Ingeniería, Miraplas, Mocaplas, Urbana, Typsa y el Colegio Oficial de Aparejadores, Arquitectos Técnicos e Ingenieros de Edificación de Valencia (CAATIE).

El proyecto INNOPUL cuenta con la financiación de la Conselleria d’Economia Sostenible, Sectors Productius, Comerç i Treball de la Generalitat Valenciana a través de ayudas del IVACE con la cofinanciación de los fondos FEDER de la UE, dentro del Programa Operativo FEDER de la Comunitat Valenciana 2021-2027. Estas ayudas están dirigidas a centros tecnológicos de la Comunitat Valenciana para el desarrollo de proyectos de I+D de carácter no económico realizados en cooperación con empresas para el ejercicio 2021.