Estudio de la viabilidad técnica y económica en un proceso de mejora de la interfase química entre un residuo lignocelulósico y una matriz polimérica

Abstract

[ES] En la Comunidad Valenciana existen numerosas palmeras, sobre todo en el territorio de Elche, el cual cuenta con la plantación de palmeras más grande de Europa, las cuales requieren de una poda habitual. Gestionar correctamente estos residuos le cuesta dinero a las empresas, con lo que la mayoría de las veces acaban quemándose, emitiendo gases nocivos a la atmósfera. Con el presente documento se pretende dar una segunda vida a estos residuos y elaborar un material compuesto, utilizando las fibras de palmera como refuerzo de origen natural y combinándolas con resina ecológica, dando lugar a un green composite. Además, se quiere realizar un pretratamiento superficial a las fibras de palmera, mediante silanos, cuya finalidad es mejorar la unión entre el refuerzo de fibras y la matriz epoxídica. Primero, se elaboró este green composite a escala de laboratorio, mediante el método de Hand Lay-Up y haciendo el tratamiento superficial con dos silanos, el Trimetoxipropil y el Dynasylan® MEMO, mediante el método en mojado. Posteriormente, se van a medir las propiedades mecánicas de tracción y dureza en probetas de fibras sin tratar y tratadas, para, finalmente, decidir si el tratamiento superficial es efectivo y se refleja en las propiedades finales del material. Tras el análisis mecánico, se decidió que el tratamiento superficial con Dynasylan® MEMO mejoraba las propiedades del material, por lo que se ha diseñado un proceso industrial que fabrique este green composite. La planta diseñada tiene una capacidad de tratamiento de 500 kg/mes de hojas de palmera, los cuales se transforman 955,92 m2/mes de material compuesto. Se compone de dos líneas en serie: una previa en la que se obtienen y se tratan las fibras y una última en la que se elabora el prepeg. El proceso escogido es el Sheet Moulding Compound, dada su alta capacidad de producción, que se ajusta a las grandes cantidades de materia prima. La línea de obtención y tratamiento de las fibras se ha diseñado mediante un escalado industrial de lo realizado en el laboratorio. Para llevar a cabo el proyecto de la planta, es necesaria una inmovilización de recursos de 545.726 , con una tasa de recuperación del 30,67% y beneficios en 5 años.

[EN] In the Valencian Community, there are numerous palm trees, especially in the Elche area, which hosts the largest palm plantation in Europe and requires regular pruning. The waste generated from these prunings costs money to the companies to manage it properly, often leading to its burning, which emits greenhouse gases into the atmosphere. This document aims to give a second life to these wastes by creating a composite, using palm fibers as a natural reinforcement and combining them with an eco-friendly resin, resulting in a green composite. Additionally, a surface pretreatment of the palm fibers using silanes is proposed to improve the bond between the fiber reinforcement and the epoxy matrix. First, this green composite was developed on a laboratory scale using the Hand Lay-Up method involving a previous surface treatment with two silanes, Trimethoxypropyl and Dynasylan® MEMO, using the wet method. Subsequently, the tensile and hardness properties of untreated and treated fiber specimen will be measured to ultimately determine if the surface treatment is effective and reflected in the final properties of the material. After mechanical analysis, it was determined that the surface treatment with Dynasylan® MEMO improved the material properties. An industrial process was then designed to manufacture this green composite. The designed plant has a treatment capacity of 500 kg/month of palm leaves, which are transformed into 955.92 m²/month of composite material. It consists of two lines in series: an initial one for obtaining and treating the fibers and a second one for producing the prepreg. The chosen process is the Sheet Molding Compound, due to its high production capacity, which is suitable for large quantities of raw material. The fiber obtaining and treatment line was designed based on an industrial scale-up of the laboratory work. The project requires an immobilization of resources amounting to 545,726 , with an Internal Rate of Return of 30.67% and profits in 5 years.