I materiali plastici
Definizione Il termine polimero è una parola composta che deriva dal greco 'poli' (molti) e 'meros' (unità o parte) ed è usata per designare una sostanza costituita da grosse molecole ottenute dall'unione in catena di molte piccole molecole di una o più specie. I polimeri esistono in natura; basti pensare alla gomma naturale, ad alcune resine naturali come l'ambra, alla cellulosa, e alle sostanze proteiche. http://www.enco-journal.com/costruzione/fambri.html
Storia Vulcanizzazione della gomma naturale (Goodyear, 1839) Nitrato di cellulosa- celluloide (Hyatt, 1868) Resina fenolo-formaldeide Bakelite (Baekeland, 1909) Polistirene (1920), Polivinilcloruro e polimetilmetacrilato (1927), Poliammide (1938), Poliestere (1941), Polietilene (1942). Nel dopoguerra si realizza in modo estensivo la produzione e lavorazione dei nuovi polimeri, conseguenza anche dello sviluppo di nuove tecnologie di sintesi e di trasformazione. http://www.enco-journal.com/costruzione/fambri.html
Storia Con l'avvento dei polimeri sintetici viene anche introdotta la parola 'plastica', derivante dal greco 'plastikos' che significa atto a prendere forma o ad essere stampato. Oggi sta ad indicare un materiale ad alto peso molecolare costituito da carbonio e idrogeno, ed eventualmente da ossigeno, azoto ed altri elementi, che si presenti liquido e capace di assumere la forma voluta durante una fase di produzione. http://www.enco-journal.com/costruzione/fambri.html
Vantaggi e Svantaggi http://www.enco-journal.com/costruzione/fambri.html
Uso del Petrolio
Definizione Formula chimica Configurazione Stereoregolarità Grado di polimerizzazione Caratteristiche del materiale
Definizione Polimeri Materiali Plastici Omopolimeri Copolimeri Monomero
Definizione Lineare Ramificata Reticolata
Definizione Statistico A blocchi Reticolata
Definizione Le proprietà macroscopiche dei polimeri sono fortemente influenzate dalla classe di appartenenza Per esempio, i polimeri lineari sono di regola solubili in qualche solvente e rammolliscono per riscaldamento fino a diventare liquidi. I polimeri reticolati sono invece sempre insolubili e infusibili. Un oggetto composto con un polimero termoindurente è, di fatto, costituito da un'unica enorme molecola perché tutte le unità presenti sono collegate tra di loro. Ne consegue che per scorrere gli uni sugli altri, o per passare in soluzione, i segmenti di catena dovrebbero rompere i legami chimici che li uniscono.
Definizione Per configurazioni di una macromolecola si intendono quegli arrangiamenti della catena tali per cui è possibile passare dagli uni agli altri per rottura (e ricostituzione) di uno o più legami chimici. La configurazione di una macromolecola determina alcune caratteristiche del polimero
Definizione
Definizione Media ponderale Media numerale
Definizione METODI DI PREPARAZIONE Modifica di polimeri preesistenti (es. cellulosa) Polimerizzazione Condensazione Addizione
Definizione Condensazione Serie di reazioni attraverso le quali 2 o più monomeri a basso peso molecolare, contenenti ciascuno almeno 2 gruppi funzionali capaci di reagire con quelli dell’altro, si arriva ad ottenere polimeri con eliminazione di composti volatili secondari n HOOC-R-COOH + n HO-R’-OH (-OC-R-COO-R’-)n
Definizione Addizione Serie di reazioni attraverso le quali 2 monomeri, contenenti uno o più doppi legami si arriva ad ottenere polimeri senza eliminazione di composti volatili secondari CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n Iniziazione di catena Propagazione di catena Terminazione di catena
Definizione Quasi tutti i polimeri cristallini non sono completamente cristallini. Un polimero cristallino, quindi, ha in effetti due componenti: la frazione cristallina e la frazione amorfa. La frazione cristallina è nelle lamelle, e la frazione amorfa è all'esterno delle lamelle. Nessun polimero è totalmente cristallino. La cristallinità rende il materiale resistente, ma lo rende anche fragile . Un polimero completamente cristallino sarebbe troppo fragile per essere utilizzato come materia plastica. Le regioni amorfe danno al polimero tenacità ossia la capacità di piegarsi senza rompersi. http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/crystal.html
Definizione Una struttura polimerica influenza di gran lunga la cristallinità. Se è regolare ed ordinata formerà facilmente cristalli http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/crystal.html
Definizione Le forze intermolecolari possono essere di grande aiuto per un polimero se vuole formare cristalli. I gruppi ammidici polari nella catena principale del nylon 6,6 sono fortemente attratti l'uno dall'altro. Essi formano legami idrogeno molto forti. Questi forti legami tengono insieme i cristalli. http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/crystal.html
Definizione Termoplastici Stampabili a caldo. Formate col calore ma non modificate nella struttura e, quindi, tali da poter essere rimodellate utilizzando il calore. Tendono a deformarsi permanentemente o semplicemente a rompersi quando sottoposti ad eccessivo allungamento. Polietilene • Polipropilene, Polistirene • Poliesteri, PVC • Nylon, Polimetilmetacrilato Policarbonato, http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/plastic.html
Definizione T Termoplastici Tg>Tamb Elastomeri Tg<Tamb Possono essere allungati molte volte la loro lunghezza originale, e possono ritornare alla loro forma originale senza deformarsi T Termoplastici Tg>Tamb Elastomeri Tg<Tamb http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/elas.html
Definizione Termoindurenti Durante la formatura a caldo reticolano e non è più possibile fonderli Prendono forma con il calore, che modifica in modo irreversibile la loro struttura chimica e quindi non possono essere più rammollite. http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/plastic.html
Definizione Elastomeri Possono essere allungati molte volte la loro lunghezza originale, e possono ritornare alla loro forma originale senza deformarsi http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/elas.html
Definizione Per realizzare i prodotti finali pronti per il loro utilizzo, alle materie plastiche si uniscono additivi, cioè sostanze che ne esaltano o ne attenuano le proprietà, quali coloranti; agenti con caratteristiche particolari, come gli antifiamma, gli antiossidanti, gli antistatici, i plastificanti; cariche naturali o artificiali, per aumentare la rigidità e migliorare le proprietà meccaniche; espandenti, per ottenere un prodotto più leggero, come ad esempio nel caso del polistirolo espanso. http://www.plastica.it/default.php?idref=183
Tipologie
Tipologie I polimeri più utilizzati derivano prevalentemente da quattro prodotti chimici di base, a loro volta derivati dal petrolio: etilene CH2=CH2 propilene CH3-CH =CH2 butadiene CH2 = CH-CH= CH2 stirene
Polietilene E' il polimero con cui si fanno i sacchetti dei supermercati, le bottiglie, giocattoli per bambini ed anche i giubbotti antiproiettile LDPE (low density polyethylene) polietilene ramificato o polietilene a bassa densità HDPE (high density polyethylene) non ci sono ramificazioni, è detto polietilene lineare Il polietilene lineare è molto più resistente del ramificato, ma quest'ultimo è più economico e facile da produrre. http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/pe.html
Polietilene UHMWPE (ultra high molecular weight polyethylene) Il polietilene lineare è normalmente prodotto con un peso molecolare compreso tra 200.000 e 500.000, ma è possibile ottenerne di più alti. I polietileni con peso molecolare tra tre e sei milioni sono detti polietileni ad altissimo peso molecolare Sono usati per produrre fibre che sono così resistenti da aver rimpiazzato il Kevlar per la produzione di giubbotti antiproiettile. Grandi fogli di UHMWPE vengono usati al posto del ghiaccio nelle piste di pattinaggio http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/pe.html
Polipropilene Ha un doppio utilizzo, come plastica (es. contenitori per alimenti lavabili in lavapiatti) e come fibra (moquettes per interni ed esterni rivestimenti esterni). http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/pp.html
Polistirene Materiale plastico rigido ed economico La "carcassa" del computer I modelli di auto ed aerei schiuma per imballaggio ed isolamento I bicchieri in plastica trasparenti Giocattoli “Carcasse" degli elettrodomestici per la cucina http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/styrene.html
Nylon I nylon sono uno dei polimeri più comuni per realizzare delle fibre. Il nylon si trova praticamente in tutti i vestiti, ma anche in altri posti, come polimero termoplastico. Calze da donna Paracadute e funi spazzolino da denti http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/nylon.html
Nylon I nylon sono anche detti poliammidi, per il caratteristico gruppo ammidico presente nella catena principale. Questi gruppi ammidici sono molto polari, e possono legarsi tra loro con legami idrogeno. Per questo motivo, e grazie al fatto che la catena principale del nylon è così regolare e simmetrica, i nylon sono spesso cristallini, e formano delle fibre molto buone. http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/nylon.html
Nylon Il nylon nell'immagine è chiamato nylon 6,6, perché ogni unità ripetitiva della catena polimerica ha due sequenze di atomi di carbonio lunga appunto sei atomi. Altri nylon possono presentare un diverso numero di atomi di carbonio in queste due posizioni. I nylon n,n si possono ottenere dai cloruri di diacidi e diammine. Il nylon 6,6 si ottiene a partire dall'adipoil cloruro e dall'esametilendiammina. http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/nylon.html
Poliuretani I poliuretani sono così chiamati perche nei loro scheletri hanno dei legami uretanici. Poliuretano può essere un qualunque polimero contenente il legame uretanico nella catena principale Essi costituiscono un famiglia molto versatile di polimeri. Schiume Elastomeri Vernici Fibre (Lycra) Adesivi http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/urethane.html
Poliuretani I poliuretani possono creare facilmente legami idrogeno e quindi possono essere molto cristallini. http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/urethane.html
Poliesteri Il poliestere ha catene principali di idrocarburi contenenti legami esteri, da cui deriva il nome. Una speciale famiglia di poliesteri sono i policarbonati. bottiglie infrangibili fibre PET http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/pet.html
Policarbonati Il nome policarbonato deriva dai gruppi di carbonato che si trovano nella sua catena principale. lenti degli occhiali ultra leggere materiale plastico trasparente vetri infrangibili http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/pc.html
PVC Il polivinilcloruro (PVC) tubi in plastica linoleum impermeabili resistente al fuoco Quando brucia, gli atomi di cloro vengono rilasciati e questi inibiscono la combustione. http://www.polial.polito.it/cdc/macrog/pvc.html
Tecnologie di formatura Stampaggio ad iniezione La plastica viene prima riscaldata, quindi il polimero molle viene forzato all’interno di uno stampo freddo e chiuso. Contenitori, coperchi, calzature, casse da imballaggio, ruote dentate. Stampaggio per compressione Il polimero caldo e molle viene posto in uno stampo caldo dove si eserciterà pressione sulla plastica in modo che questa assuma la forma dello stampo. Prese e spine elettriche. http://www.apme.org
Tecnologie di formatura Soffiaggio Il polimero caldo e molle viene sottoposto a soffiaggio mediante aria compressa o vapore in modo che assuma la forma dello stampo. Bottiglie, contenitori. Stampaggio rotazionale Uno stampo contenente il polimero fluido viene fatto ruotare finché le sue pareti sono rivestite da uno strato uniforme di polimero. Oggetti larghi e cavi come bidoni per la spazzatura, serbatoi e fusti http://www.apme.org
Tecnologie di formatura Estrusione di tubolare soffiato Il polimero molle viene introdotto a forza all’interno di uno stampo tubolare che viene in seguito sottoposto a soffiaggio e sigillato a caldo o tagliato longitudinalmente. Borse, pellicole. Rivestimento per estrusione Le materie vengono rivestite con un polimero molle e quindi fatte passare attraverso dei rulli in modo che il rivestimento diventi uniforme. Rivestimenti per contenitori di cibo e bevande. Calandratura Il polimero riscaldato viene alimentato fra due o più rulli e disteso in fogli sottili. Pavimentazioni, piastrelle, rivestimenti a pannelli, materiali di plastica in fogli. http://www.apme.org
Settori di applicazione EDILIZIA 11% ARREDAMENTO 6% TRASPORTI 4% COMUNICAZIONI 6% AGRICOLTURA 4% IMBALLAGGI 45% SALUTE SPORT E TEMPO LIBERO SPAZIO
Settori di applicazione EDILIZIA L’edilizia assorbe in Italia oltre l’11% della produzione di materie plastiche (13,2% nel mondo), soprattutto in termini di serramenti, impiantistica, rivestimenti, tubature, isolamento termico ed acustico. Ogni anno in Europa vengono utilizzate in questo settore più di 6 milioni di tonnellate di plastica e si prevede che giungeranno a 8 milioni entro il 2010. Questo sviluppo si deve principalmente alle peculiari caratteristiche della plastica in termini di leggerezza, durata, isolamento, economia, facilità d’uso. I principali impieghi in edilizia riguardano tubi a pressione, tubi a gravità, profili per finestre, pavimenti, rivestimenti murali, membrane per impermeabilizzazione di coperture, cavi elettrici e guaine per isolamento. http://www.plastica.it/default.php?idref=186
Settori di applicazione ARREDAMENTO L’arredamento assorbe in Italia quasi il 6% della domanda complessiva di materie plastiche. Le caratteristiche che rendono la plastica preferibile sono robustezza, leggerezza, durata, isolamento, economia, facilità di uso. TRASPORTI L’industria dei trasporti assorbe in Italia oltre il 4% della produzione di materie plastiche (nel mondo il 7%), utilizzate in numerosissimi componenti (circa 1700 su 5000), molte delle quali rese possibili proprio dalla plastica, come air bag, cinture di sicurezza. Il contenuto medio di materie plastiche in un’auto europea è passato da circa 20 chili negli anni 60 (2% del peso) ai circa 105 chili di oggi (in media circa il 10% del peso totale dell’auto), raggiunti utilizzando 14 differenti tipi di polimeri. Il solo abitacolo è formato per il 60% di materiale plastico. Le caratteristiche che rendono la plastica preferibile sono affidabilità, bassa manutenzione, isolamento, sicurezza.
Settori di applicazione COMUNICAZIONI Assorbono il 6% della produzione di materie plastiche nel mondo, che hanno dato un impulso determinante a questo settore. Fibre ottiche, microchip, computer, compact disk, telefonia cellulare e tutti i protagonisti della comunicazione attuale e del suo futuro sono fatti prevalentemente di plastica. La caratteristica, che rende la plastica preferibile, è la possibilità di raggiungere degli standard e delle prestazioni altrimenti impossibili.
Settori di applicazione AGRICOLTURA Il settore agricolo assorbe in Italia oltre il 3% delle materie plastiche prodotte in Italia. La possibilità, ad esempio, di avere primizie fresche tutto l’anno si deve proprio alla plastica: sono infatti di questo materiale i teloni che ricoprono le piantagioni, le proteggono, le stimolano, fino ad anticipare la maturazione e raddoppiare i raccolti, promuovendo così un settore spesso in difficoltà. Le serre con coperture di plastica rendono di più e hanno bisogno di meno energia per venire riscaldate. Anche nell’irrigazione dei campi, le strutture e i tubi in plastica hanno dimostrato versatilità ed efficacia. Grazie a tubazioni in PVC, ad esempio, si è riusciti ad irrigare zone in cui la natura dei terreni o la particolarità delle acque compromettevano la durata di tubi in cemento o metallo.
Settori di applicazione IMBALLAGGI Assorbono in Italia oltre il 45% di tutta la produzione di materie plastiche (43,5% nel mondo). In Europa, circa il 50% di tutto l’imballaggio alimentare è in plastica: il 60% di questo tipo di confezioni pesa meno di 10 grammi. In 20 anni, il packaging si è alleggerito dell’80%, migliorando le prestazioni. Le caratteristiche che rendono la plastica preferibile sono versatilità, leggerezza, robustezza, inerzia chimica, affidabilità, economicità.
Settori di applicazione SALUTE Le materie plastiche consentono all’uomo di oggi di avere una vita pienamente fruibile, migliore, più lunga. Basti pensare ai farmaci protetti da speciali imballaggi alveolati (blister pack) termoformati; oppure ai numerosissimi oggetti e attrezzature impiegate in medicina e chirurgia: dalle tende ad ossigeno, ai guanti sterili, fino ai presidi salvavita, come il cuore artificiale o le sacche per il trasporto di sangue e plasma, le sacche per la dialisi, i tubicini per le trasfusioni. La plastica contribuisce inoltre alla salute, in senso lato, salvando vite umane anche in situazioni di emergenza e spesso risolte grazie a gommoni e canotti di salvataggio, a tende, teloni, strutture gonfiabili e tantissimi altri manufatti. La caratteristiche che rendono la plastica preferibile sono l’affidabilità e la capacità di consentire soluzioni tecnologiche altrimenti impossibili.
Settori di applicazione SPORT E TEMPO LIBERO La sicurezza e le performance che la plastica rende possibili hanno consentito a moltissimi sport di avere uno sviluppo veramente notevole. Questi alcuni esempi. Nel ciclismo, i materiali plastici compositi con cui è stata costruita la monoscocca singola della bicicletta di Chris Boardman hanno determinato una eccezionale leggerezza e la più elevata aerodinamicità: che hanno fatto vincere a Boardman la medaglia d’oro di velocità su pista nei 4000 metri alle Olimpiadi di Barcellona del ’92. Nell’atletica, le scarpette in plastica che pesavano 150 grammi – più di mezz’etto in meno rispetto a 40 anni fa – hanno dato lo slancio giusto a Linford Christie, che ai mondiali di atletica di Stoccarda del 1993 ha vinto la medaglia d’oro nei 100 metri. Le suole prodotte in poliuretano sono fino al 50% più leggere di quelle in materiali tradizionali. Le scarpe da competizione di Carl Lewis sono un esempio delle performance rese possibili dalla plastica: pesano 115 grammi ciascuna, 55 grammi in meno di quelle cui Carl Lewis era abituato. Si tratta del peso più basso mai raggiunto per questo tipo di prodotti.
Settori di applicazione SPORT E TEMPO LIBERO Nella nautica, le materie plastiche hanno sostituito una serie di componenti in altri materiali, diminuendo di quasi il 50% il peso di una imbarcazione, rendendola così molto più veloce. Si prevede che nel giro di pochi anni le materie plastiche costituiranno il 75% del peso di una barca. Nel tennis, con i nuovi materiali compositi plastici, l’impatto della palla è ridotto del 40% e le vibrazioni vengono attutite di oltre il 20%: il che significa meno fatica, più sicurezza, maggior dinamismo agonistico.
Dati economici
Andamento della produzione di polimeri nel tempo Dati economici Andamento della produzione di polimeri nel tempo
Riciclo La plastica proveniente dalla raccolta differenziata viene inviata ai CENTRI DI SELEZIONE e stoccaggio. I vari tipi di plastica vengono DIVISI PER POLIMERO attraverso, ad esempio, i raggi X; successivamente vengono MACINATI, LAVATI e avviati alla lavorazione di nuovi prodotti. PLASTICHE OMOGENEE PET riciclato per Fibre a fiocco o a filo (maglioni), contenitori PVC riciclato per battiscopa, tubi, profilati rigidi Polietilene riciclato per flaconi per prodotti chimici PLASTICHE ETEROGENEE Per pavimenti, staccionate, giochi all’aperto per bambini, elementi per arredo urbano, lampade http://www.plastica.it/default.php?idref=206 http://www.arpa.emr.it/reggioe/OPR/plastica.htm
Riciclo • Tempo di vita "funzionale" o d'uso è spesso breve aumento nei rifiuti bassa temperatura di degradazione delle materie plastiche • “Finestra di processabilità“ breve, intervallo di temperatura tra temp. fusione e di degradazione vetro e i metalli la finestra di lavorabilità è perlomeno di centinaia di °C. plastiche di più largo consumo, come le poliolefine, questo intervallo si restringe, a volte, a poche decine di gradi centigradi, al di sopra dei quali la plastica inizia a degradare. • Sottoponendo la plastica a ripetuti cicli termici, le sue caratteristiche chimiche che e fisiche subiscono deterioramenti E.Martuscelli, M.Malinconico “Le materie plastiche e l’ambiente”, in “La protezione dell’ambiente in Italia”, Società Chimica Italiana
Riciclo • Spesso i materiali sono combinati a diversi materiali da cui è difficile la separazione. Ciò comporta dei problemi di raccolta e preparazione dei materiali plastici per l'impiego nei comuni processi di trasformazione. Il modo più semplice di riciclarli è quello di riutilizzarli, dopo i trattamenti di lavaggio prima elencati, in un processo di trasformazione come l'estrusione o lo stampaggio; tale tipo di riciclo viene detto meccanico o secondario. I prodotti che si ottengono da questo processo sono di scarsa qualità poiché, anche partendo da un materiale di composizione omogenea, le materie plastiche sono soggette a fenomeni degradativi, durante la loro vita, che ne danneggiano le proprietà. • Problemi di natura economica (costi di raccolta, di laviggio, di trasporto, ...) • Problemi legati alla costanza della qualità del prodotto da riciclare E.Martuscelli, M.Malinconico “Le materie plastiche e l’ambiente”, in “La protezione dell’ambiente in Italia”, Società Chimica Italiana
Riciclo • Il recupero mediante raccolta differenziata delle materie plastiche Materie plastiche più comunemente presenti nei RSU. (Frigerio, i 1987) E.Martuscelli, M.Malinconico “Le materie plastiche e l’ambiente”, in “La protezione dell’ambiente in Italia”, Società Chimica Italiana
Riciclo 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 kgla 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. E.Martuscelli, M.Malinconico “Le materie plastiche e l’ambiente”, in “La protezione dell’ambiente in Italia”, Società Chimica Italiana
Riciclo I trattamenti possono essere riutilizzati secondo tre modalità fondamentali: riciclaggio meccanico riciclaggio chimico recupero dell'energia in esse contenuta. E.Martuscelli, M.Malinconico “Le materie plastiche e l’ambiente”, in “La protezione dell’ambiente in Italia”, Società Chimica Italiana
Riciclo 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. http://www.plastica.it/default.php?idref=206
Riciclo RICICLO MECCANICO 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. E.Martuscelli, M.Malinconico “Le materie plastiche e l’ambiente”, in “La protezione dell’ambiente in Italia”, Società Chimica Italiana
Riciclo Pretaglio e prelavaggio Allontanamento di terra e di altro materiale abrasivo che renderebbero impossibile una efficace granulazione del materiale. Per films a bassa contaminazione (contenenti, cioè, polvere e pezzi di carta non aderenti), è possibile successivamente un lavaggio "a secco" in corrente d'aria. Questo caso è normalmente troppo favorevole da essere significativo. 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. E.Martuscelli, M.Malinconico “Le materie plastiche e l’ambiente”, in “La protezione dell’ambiente in Italia”, Società Chimica Italiana
Riciclo 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. E.Martuscelli, M.Malinconico “Le materie plastiche e l’ambiente”, in “La protezione dell’ambiente in Italia”, Società Chimica Italiana
Riciclo 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). E.Martuscelli, M.Malinconico “Le materie plastiche e l’ambiente”, in “La protezione dell’ambiente in Italia”, Società Chimica Italiana
Riciclo Il riciclo 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 dal questo fatto Per rendere possibile il reimpiego dei materiali polimerici provenienti da post-consumo, vengono oggi studiate e, in alcuni casi, già proposte, formulazioni stabilizzanti specifiche. http://www.plastica.it/default.php?idref=206
Riciclo Problema della incompatibilità delle plastiche fra di loro. 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 più né meno 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). http://www.plastica.it/default.php?idref=206
Riciclo 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. http://www.plastica.it/default.php?idref=206
Riciclo la gassificazione la chemiolisi, 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. http://www.plastica.it/default.php?idref=206
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 una sione sufficiente di radicali da coinvolgere gran parte della struttura polimerica. -plastiche biodegradabili 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
Riciclo 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. http://www.plastica.it/default.php?idref=206
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; - utilizzazione del materiale recuperato come combustibile, infatti i polimeti 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
Esempio: il PET 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.
Esempio: il PET glicolisi: metanolisi: idrolisi: 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.
Il Riciclo in Italia http://www.arpa.emr.it/reggioe/OPR/plastica.htm