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Distinguiamo tre modalità fondamentali di riciclaggio dei materiali plastici:

riciclaggio meccanico

• riciclaggio chimico

• recupero dell'energia in esse contenuta.

Il riciclaggio meccanico prevede la trasformazione da

materia a materia: la plastica dismessa diventa il

punto di partenza per nuovi prodotti. Questa tecnica

consiste essenzialmente nella rilavorazione termica o

meccanica dei rifiuti plastici.

Se i materiali sono termoplastici, si

riottengono granuli idonei a produrre altri manufatti

secondo i diversi procedimenti di trasformazione.

Se sono termoindurenti, vengono macinati

per essere impiegati come cariche inerti nei polimeri

termoplastici vergini.

Questa modalità di riciclaggio raggiunge i risultati

migliori se la plastica trattata é omogenea.

Una prima fase del riciclaggio meccanico è la decontaminazione dei materiali raccolti. Le metodologie che

trovano impiego sono state impostate pensando prevalentemente al recupero di plastiche provenienti dal

settore dell'imballaggio che costituiscono il 70% delle plastiche a discarica.

Pretaglio e prelavaggio.

Allontanamento di terra e di altro materiale abrasivo che renderebbero impossibile una efficace

granulazione del materiale. Per film a bassa contaminazione (contenenti, cioè, polvere e pezzi di carta non

aderenti), è possibile successivamente un lavaggio "a secco" in corrente d'aria.

I contaminanti si staccano e precipitano sul fondo o vengano trascinati via insieme all'acqua.

L’utilizzo di centrifughe consente di accelerare il processo e di evitare che i contaminanti presenti

nell'acqua sporca tendano a ridepositarsi sul film.

Di più difficile realizzazione è il processo che parte da plastiche miste e molto differenziate per natura

chimica e per proprietà chimico-fisiche (Severini e Coccia, 1990).

La miscela eterogenea iniziale viene trasformata in una miscela costituita da particelle di dimensione

uniforme, in modo da rendere possibile la separazione dei vari componenti mediante le tecnologie note.

La riduzione delle dimensioni viene di solito effettuata per macinazione, applicando forze meccaniche di

tensione, compressione e taglio.

Separazione di miscele di polimeri diversi.

Sistemi che si basano sulle proprietà di galleggiamento e affondamento delle diverse materie plastiche

• in soluzioni acquose a densità controllata (Holman et al.);

Sistemi che utilizzano fenomeni di tensione superficiale come la flottazione (utilizzando tensioattivi

• particolari è possibile modificare la bagnabilità dei materiali polimerici, insufflando aria nella

sospensione acquosa si formano bolle che aderiscono alla superficie del materiale relativamente più

idrofobo e lo portano in superficie lasciando cadere sul fondo l'altro componente) (Saitoh et ai, 1976);

Sistemi che utilizzano l'estrazione con solventi (le soluzioni di polimeri non sono in genere miscibili,

• quindi una miscela di materie plastiche. disciolte in un solvente formerà più fasi contenenti ciascuna uno

solo dei polimeri componenti, con alta purezza) (Seymour e Shahl, 1976). 4

Il riciclaggio chimico è economicamente conveniente solo se eseguito presso industrie chimiche che già

possiedono gli impianti adatti per la produzione e la separazione dei prodotti ottenibili, o che possiedono

energia a basso costo, cosa che permette di ridurre gli alti costi di investimento. Inoltre, tali processi,

possono attualmente essere applicati solo a pochi tipi di materiali (PET, poliuretani, poliammidi, ecc.).

Le catene polimeriche hanno subito l'inevitabile danneggiamento durante il primo ciclo di utilizzo. Non è

possibile in alcun modo riparare la catena polimerica una volta che essa sia stata danneggiata dall'uso.

Quando si affronta il problema delle plastiche riciclate, la situazione viene aggravata da ciò.

Per rendere possibile il reimpiego dei materiali polimerici provenienti da post-consumo, vengono oggi

studiate e, in alcuni casi, già proposte, formulazioni stabilizzanti specifiche.

Analizziamo il problema della incompatibilità delle plastiche fra di loro.

L’incompatibilità aumenta all’aumentare del peso molecolare.

Quando due plastiche vengono mescolate insieme, normalmente allo stato fuso, una volta riportate a

temperatura ambiente esse solidificano in fasi separate, riducendo al minimo l'area di contatto e

producono un materiale caratterizzato da scarsa adesione interfacciale, scarsa stabilità morfologica,

scadenti proprietà meccaniche. (La Mantia, 1996; Martuscelli, 1980)

Si introducono agenti compatibilizzanti che agiscono come dei saponi, e sono in grado di emulsionare

stabilmente le fasi presenti (Paul, 1994; Wu, 1982)

Si tratta per lo più di copolimeri a blocchi contenenti blocchi di diversa natura chimica e polarità, costruiti in

modo da rispondere a quante più possibili situazioni reali, a partire da quelle che più frequentemente si

incontrano nei materiali provenienti dal riciclo eterogeneo (La Mantia, 1996).

Il riciclaggio chimico prevede il ritorno alla materia prima di base attraverso la trasformazione delle

plastiche usate in monomeri di pari qualità di quelli vergini, da utilizzare nuovamente nella produzione.

I metodi possibili sono quattro.

La pirolisi, che prevede la scomposizione delle molecole mediante riscaldamento sotto vuoto: si ottiene una

miscela di idrocarburi liquidi e gassosi simile al petrolio. I processi di cracking vengono sperimentati in

reattori di pirolisi a letto fluidizzato (Cortesi, 1994). Mediante una scelta delle condizioni termiche, si

possono riottenere cere paraffiniche con pesi molecolari nell'intervallo 300-800 o, in condizioni più

drastiche, prodotti chimici di base.

L'idrogenazione, un trattamento a base di idrogeno e calore: i polimeri si degradano e vengono trasformati

in idrocarburi liquidi. In una prima fase si realizza la dealogenazione del materiale e l'abbattimento dell'HCI

prodotto, seguito dalla idrogenazione vera e propria, che porta ad un prodotto che può essere immesso nel

processo di raffinazione del petrolio.

La gassificazione, un procedimento basato sul riscaldamento in mancanza di aria con cui si produce una

miscela di ossido di carbonio utile nella lavorazione di altre materie.

La chemiolisi, che lavora le singole materie dismesse con processi che le trasformano nelle materie prime di

origine.

Plastiche biodegradabili: plastiche solubili in acqua e idrolizzabili, plastiche fotodegradabili.

La degradazione fotochimica avviene quando un polimero, esposto alla luce naturale, subisce

un'ossidazione con conseguente diminuzione del peso molecolare. E noto che, seppure in tempi molto

lunghi (molti anni), tutti i polimeri subiscono naturalmente un processo di demolizione molecolare per

azione della componente ultravioletta della radiazione solare.

Basta in genere la presenza di piccole quantità molari di gruppi CO per avere una produzione e un’azione

sufficiente di radicali da coinvolgere gran parte della struttura polimerica.

La biodegradazione si basa sulla capacità di alcuni microrganismi di spezzare la catena di un polimero ad

alto peso molecolare in frammenti a basso peso molecolare. I primi tentativi si sono limitati alla creazione

di compositi tra plastiche non biodegradabili ed amido, ma studi rigorosi sembrano aver dimostrato che la

biodegradazione è sostanzialmente limitata alla porzione amidacea.

A queste vanno aggiunte alcune recenti proposte che prevedono l'incorporamento di segmenti

biodegradabili in polimeri sintetici non biodegradabili 5

Il recupero energetico prevede di riutilizzare l'energia contenuta nei rifiuti plastici, che le deriva dal petrolio

ed é interamente sfruttabile: la plastica ha un valore calorifico uguale a quello del carbone e, sebbene in

peso costituisca il 7% dei rifiuti urbani, produce il 50% di tutta l’energia generata durante la loro

combustione.

Il recupero di questa energia ed il suo utilizzo a fini civili e industriali può essere attuato attraverso:

La combustione diretta dei rifiuti. In Europa si bruciano attualmente circa 27 milioni di rifiuti (il 16% del

totale), e si produce così energia per riscaldamento e illuminazione. Se nel nostro continente tutti i rifiuti

fossero utilizzati per generare energia, si coprirebbe quasi il 4% del fabbisogno europeo di elettricità

domestica.

Tramite Package Derived Fuel (PDF). Si tratta del combustibile derivato dagli imballaggi contenuti nei rifiuti

solidi urbani (RSU) e alcuni studi condotti in Scandinavia hanno dimostrato che il PDF può sostituire

l’equivalente di 14 milioni di tonnellate di combustibile industriale per anno negli impianti che producono

energia.

Esempio: il PET

Riutilizzazione del polimero per usi non alimentari mediante operazioni di lavaggio e macinazione.

Recupero dei monomeri mediante depolimerizzazione per idrolisi, alcolisi e glicolisi, che possono essere

utilizzati nella sintesi di nuove resine poliestere.

Utilizzo del materiale recuperato come combustibile, infatti i polimeri a base di PET producono la stessa

quantità di calore del carbone, a parità di peso, e non danno origine a prodotti inquinanti o tossici.

Il PET derivante da scarti di fibre o film di origine industriale si presenta in genere non contaminato, ma il

peso molecolare relativamente basso rende inapplicabile un riciclo

Le bottiglie di PET presentano, invece, il problema di dover separare bottiglie di altro tipo di materiale (per

esempio PVC) provenienti dalla stessa raccolta differenziata, tappi e coppette (in genere in PP, PE, AI),

etichette ed adesivi. Le operazioni necessarie ad ottenere un PET di qualità adatte al riciclo prevedono una

prima separazione, una successiva triturazione, un lavaggio e diversi stadi di separazione dei contaminanti.

La presenza di bottiglie colorate impedisce l'impiego del PET di riciclo in alcuni settori, per cui si deve

effettuare anche la separazione delle bottiglie incolori da quelle colorate.

Glicolisi: il prodotto polimerico, o le fibre di scarto, viene riscaldato con etilen-glicole o propilen-glicole in

autoclave a circa 220 °C. I prodotti che si ottengono possono sostituire in parte, o completamente,

l'anidride ftalica o l'acido isoftalico ed una parte del glicole che vengono usati per la produzione di resine

poliestere insature convenzionali, a partire da glicoli, anidride ftalica o acido isoftalico e anidride maleica.

Metanolisi: il materiale di scarto viene riscaldato con metanolo in autoclave a 160°C in presenza di un

catalizzatore di transesterificazione. Il dimetiltereftalato cristallizza per raffreddamento ed è isolato per

filtrazione mentre l'etilen-glicole che rimane viene separato per distillazione frazionata.

Idrolisi: il materiale di scarto viene riscaldato con acqua in autoclave a circa 230°C. Si ottiene l'acido

tereftalico, che è insolubile ed è isolato per filtrazione, e l'etilen-glicole, che rimane in acqua e viene

separato mediante distillazione frazionata.

Paragrafo sulle leghe

Un esempio importante di lega binaria isomorfa è il sistema Cu-Ni. Consideriamo il diagramma di stato in

cui è riportata la percentuale in peso sull’asse delle ascisse e la temperatura sull’asse delle ordinate. Si

ricorda che il diagramma, come tutti i diagrammi di stato, è stato determinato per raffreddamento lento in

condizioni di equilibrio a pressione atmosferica e non è pertanto valido per descrivere leghe che sono state

raffreddate rapidamente attraverso l’intervallo di temperatura di solidificazione.

L’area al di sopra della linea più alta del diagramma, detta linea di liquidus, corrisponde alla regione di

stabilità della fase liquida, mentre l’area al di sotto della linea più bassa, o linea di solidus, rappresenta la

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flaviael

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DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti di Scienza e tecnologia dei materiali del professor Antonucci sul ciclo dei materiali con analisi dei seguenti argomenti: (classificazione, ottenimento, scelta) e sul riciclaggio (tempo di vita funzionale, finestra di processabilità, estrusione, stampaggio, raccolta differenziata, riciclaggio meccanico, riciclaggio chimico, recupero dell'energia in essa contenuta).


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria civile
SSD:
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher flaviael di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Scienza e tecnologia dei materiali e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Mediterranea - Unirc o del prof Antonucci Pierluigi.

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