Scienza e tecnologia dei materiali - il ciclo dei materiali e il riciclaggio

Utilizzo del PET riciclato e del PVC riciclato nelle plastiche omogenee

Il PET riciclato viene utilizzato per la produzione di fibre a fiocco o a filo, come ad esempio per la realizzazione di maglioni, e per la creazione di contenitori.

Il PVC riciclato, invece, viene impiegato per la produzione di battiscopa, tubi e profilati rigidi.

Anche il polietilene riciclato trova impiego nell'industria delle plastiche, in particolare per la realizzazione di flaconi destinati ai prodotti chimici.

Utilizzo delle plastiche eterogenee

Le plastiche eterogenee vengono utilizzate per la produzione di pavimenti, staccionate, giochi all'aperto per bambini, elementi per l'arredo urbano e lampade.

Il tempo di vita "funzionale" o d'uso degli oggetti in plastica è spesso breve a causa della bassa temperatura di degradazione delle materie plastiche. Questo comporta un aumento dei rifiuti.

La "finestra di processabilità" delle plastiche è breve, ovvero l'intervallo di temperatura tra la temperatura di fusione e la temperatura di degradazione. Per il vetro e i metalli, questa finestra è di centinaia di gradi Celsius. Tuttavia, per le plastiche più comuni, come le poliolefine, questa finestra si restringe a poche decine di gradi centigradi.

di smaltimento) e di natura ambientale (inquinamento causato dalla plastica non riciclata) rendono necessario un adeguato sistema di gestione dei rifiuti plastici. Per affrontare questi problemi, è importante promuovere il riciclo della plastica. Il riciclo può avvenire in diversi modi: - Riciclo meccanico o primario: la plastica viene triturata, lavata e fusa per essere riutilizzata nella produzione di nuovi oggetti in plastica. Questo tipo di riciclo richiede che la plastica sia di alta qualità e priva di contaminanti. - Riciclo chimico: la plastica viene scomposta chimicamente per ottenere materie prime utilizzabili nella produzione di nuovi materiali. Questo tipo di riciclo è ancora in fase di sviluppo e richiede tecnologie avanzate. - Riciclo energetico: la plastica viene bruciata per produrre energia. Questo tipo di riciclo è considerato l'ultima opzione, poiché comporta la perdita delle risorse contenute nella plastica. Per promuovere il riciclo della plastica, è importante sensibilizzare la popolazione sull'importanza di separare correttamente i rifiuti e di utilizzare prodotti in plastica riciclata. Inoltre, è necessario investire nella ricerca e nello sviluppo di nuove tecnologie per migliorare il processo di riciclo e rendere la plastica un materiale più sostenibile.

• Problemi legati alla costanza della qualità del prodotto da riciclare

Il grafico riguarda il recupero delle materie plastiche mediante raccolta differenziata.

Polietilene (PE)	70%
Polipropilene (PP)	9,6%
Poliammidi (PA)	0,6%
Polivinilcloruro (PVC)	Stirene-Cellophane
	(PVC)
Polietil.Teref (PET)	Polistirolo (PS)
Acrilonitrile (SAN)	0,6%
	2,9%
	19%
	0,4%

Con la raccolta differenziata si possono ottenere materiali molto meno contaminati e caratterizzati da proprietà meccaniche prossime a quelle del materiale vergine.

In una prima sperimentazione porta a porta effettuata in Italia, anche se in una zona limitata, si è raggiunta una raccolta di materie plastiche di 4.5 kg/a procapite e la frazione di bottiglie ha raggiunto i 3.3 kg la procapite con una resa del 75% dei relativi consumi.

Con la raccolta mediante contenitori stradali difficilmente si supera una resa del 25% (questo dato si riferisce ai soli contenitori per liquidi costituiti fondamentalmente da PVC, PE e PET).

(Barro et ai, 1989)L'utilizzazione dei materiali raccolti è in genere preceduta da cernita tale da ottenere oggetti costituiti da un solo polimero. La qualità dei materiali raccolti è elevata se si restringe il campo a pochi tipi di manufatti, ad esempio i contenitori per bevande.

Distinguiamo tre modalità fondamentali di riciclaggio dei materiali plastici:

1. riciclaggio meccanico
2. riciclaggio chimico
3. 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 è 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. Pre-taglio e pre-lavaggio. 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 vengono 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.

nellasospensione 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). 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 emulsionarestabilmente 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 inmodo da rispondere a quante più possibili situazioni reali, a partire da quelle che più frequentemente siincontrano nei materiali provenienti dal riciclo eterogeneo (La Mantia, 1996).Il riciclaggio chimico prevede il ritorno alla materia prima di base attraverso la trasformazione delleplastiche 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 unamiscela di idrocarburi liquidi e gassosi simile al petrolio. I processi di cracking vengono sperimentati inreattori di pirolisi a lettofluidizzazione (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.degradazione fotochimica avviene quando un polimero, esposto alla luce naturale, subisce un'ossidazione con conseguente diminuzione del peso molecolare. È 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'