Analisi introduttiva

4.1.1 Introduzione:

Quando parliamo di un oggetto in PLASMIX ci riferiamo ad un manufatto prodotto con materiale plastico eterogeneo di scarto, derivante dal flusso del riciclo. Esso è formato, come visto nel capitolo introduttivo, da frazioni non omogenee di plastiche miste, economicamente svantaggiose da dividere e solitamente da scartare, derivante dal flusso del rifiuto. Le sue basse

prestazioni meccaniche sono strettamente associate alla natura del PLASMIX stesso. La letteratura1

ha evidenziato come la composizione della materia prima, utilizzata per produrre i manufatti proposti dai diversi gruppi di ricerca, derivando dal flusso di rifiuti, dipende fortemente dalle modalità di raccolta. Per questo la composizione e la concentrazione dei costituenti di partenza è diversa da caso a caso1. Il flusso di rifiuti varia non solo da stato a stato ma addirittura da comune a comune, dando così prodotti con composizioni e qualità differenti a seconda dell’area geografica

entro cui viene raccolto il PLASMIX1. Questa situazione mette in risalto la necessità di sviluppare

un sistema di produzione che parta da materiali di scarto e produca dei manufatti per i quali non sono richieste alte prestazioni, che si basi sulla profonda conoscenza della composizione del flusso di rifiuti “locale” e, partendo da queste conoscenze, si sviluppi la selezione di additivi adatti a migliorare le proprietà del manufatto specifico, in prospettiva di estendere l’utilizzo degli additivi a tutto il flusso di produzione del PLASMIX.

Il PLASMIX non additivato si presenta come un materiale dalle proprietà meccaniche non adatte a svolgere neanche funzioni che richiedono basse prestazioni. Esso è un materiale altamente eterogeneo, con resistenza meccanica e moduli elastici estremamente bassi e presenta un comportamento fragile a rottura. La possibilità di utilizzare questo materiale una volta additivato, come materia prima per manufatti, apre la via verso notevoli opportunità sia ambientali che economiche, permettendo di ridurre il consumo delle risorse prime, di limitare lo scarto associato al riciclo dei rifiuti e lavorare con materiale che, nelle condizioni comuni, non solo non presenta valore commerciale, ma spesso rappresenta una spesa data la necessità di smaltimento. L’obiettivo

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di rendere il PLASMIX un materiale con un valore commerciale si basa sulla capacità di migliorare le sue proprietà fisiche mantenendo i costi contenuti, in modo tale da produrre dei manufatti competitivi a quelli prodotti con materie prime pure. Le proprietà del materiale possono essere migliorate tramite lo studio e la selezione di opportuni additivi che permettano di risolvere le problematiche associate alla natura stessa del PLASMIX. Il primo problema da affrontare riguarda l’elevata eterogeneità del materiale. Il PLASMIX è composto da fasi separate di materiali diversi a contatto tra di loro. È necessario l’impiego di compatibilizzanti che siano in grado di aumentare l’affinità tra le diverse fasi del materiale. In letteratura1 viene mostrata l’efficacia di diversi additivi; tra i diversi proposti, in questo lavoro di tesi si è scelto di utilizzare l’SBS.

Un’altra questione da affrontare riguarda il degrado associato ai componenti che costituiscono il PLASMIX. Le materie prime impiegate per la sua produzione derivano dal ciclo di rifiuto e sono spesso materiali giunti al classico “fine vita” che mostrano un certo tasso di degrado. Dato che durante il processo di macinazione per ottenere il materiale si potrà avere un ulteriore degrado, esso si andrà ad aggiungere a quello già presente. Il degrado del materiale provoca in generale la rottura dei legami chimici e quindi una modificazione nel peso molecolare che comporta una riduzione generalizzata delle proprietà del materiale stesso. Il PLASMIX si presenta quindi come un insieme di materiali con diversi pesi molecolari, soggetti a diverse storie di degrado. È perciò evidente la necessità di utilizzare un agente stabilizzante in grado di svolgere la funzione antiossidante, su un largo spettro di pesi molecolari caratterizzanti il PLASMIX. L’ Irganox® è stato l’additivo, commercialmente disponibile, scelto per assolvere queste funzioni antiossidanti.

Infine è previsto l’incremento delle proprietà tramite l’inserimento di additivi rinforzanti. Dal momento che il materiale verrà utilizzato per impieghi in cui non sono richieste prestazioni meccaniche elevate, e dato lo scopo di valorizzare economicamente un materiale in sé privo di valore, risulta ovvio che i possibili additivi rinforzanti non dovranno essere costosi. Il talco e il carbonato di calcio sono rinforzanti efficaci e poco costosi e per queste ragioni sono stati scelti in questo studio.

Per concludere, al fine di una possibile produzione su larga scala del manufatto è opportuno utilizzare tecniche di produzione convenzionali, adattando quindi la tecnologia dell’estrusore controrotante.

41 4.1.2 Additivi: studio reologico preliminare:

Dal punto di vista reologico gli additivi che verranno utilizzati non devono modificare eccessivamente il comportamento del PLASMIX per poter utilizzare le medesime tecnologie produttive presenti sul mercato. Nella seguente Figura 21 vengono mostrate le curve reologiche dell’SBS, dell’ SBS con Irganox e talco aggiunti, del PLASMIX tal quale e del PLASMIX addittivato.

Figura 21: quattro curve di flusso ricavate da prove reologiche a tempertatura di 220°C con strumento “RHEOMETRICS DY:AMIC STRESS RHEOMETER DSR 200” per i campioni elencati: le curve corrispondenti ai diversi campioni sono indicate in figura da linee continue e tratteggiate di diversi colori, identificate dalla legenda.

I grafici riportati in Figura 21 mostrano come i comportamenti reologici del PLASMIX tal quale e additivato siano molto simili tra di loro e come gli addittivi utilizzati non disturbino il comportamento reologico del materiale, risultando da questo punto di vista adatti per l’impiego proposto.

42 4.1.3 Presentazione dei campioni studiati

Nella seguente Tabella 1 vengono riportati i campioni analizzati ed in particolare le loro composizioni e le temperature di plasticizzazione a cui sono stati condotti i processi di estrusione degli stessi.

CAMPIONE SPECIFICHE T di ESTRUSIONE

LAS 1 PLASMIX 180 °C

LAS 2 PLASMIX 190 °C

LAS 3 PLASMIX 196 °C

LAS 4 PLASMIX 202 °C

LAS 5 PLASMIX (85%) + HDPE (15%) 202 °C

LAS 6 PLASMIX (70%) + HDPE (30%) 202 °C

LAS 7 PLASMIX (70%) + HDPE (20%) + CaCO3 (10%) 202 °C

LAS 8 PLASMIX (85%) + PP recupero (15%) 202 °C

LAS 9 PLASMIX (70%) + PP recupero (30%) 202 °C

LAS 10 PLASMIX (70%) + 29% SM HDPE+ 1% MIX additivi 1 240 °C LAS 11 PLASMIX (70%) + 9% SM HDPE + 20% CaCO3 + 1% MIX additivi 1 240 °C LAS 12 PLASMIX (70%) + 9% SM HDPE + 20% CaCO3 + 1% MIX additivi 1 240 °C LAS 13 PLASMIX (80%) + 19% SM HDPE+ 1% MIX additivi 2 240 °C LAS 14 PLASMIX (60%) + 9% SM HDPE+ 20% CaCO3 + 1% MIX additivi 2 240 °C LAS 15 PLASMIX (80%) + 19% SM HDPE + 1,5% PEMA 4351 240 °C LAS 16 PLASMIX (60%) + 9% SM HDPE+ 20% CaCO3 + 1,5% PEMA 4351 240 °C

Tabella 1: descrizione dei campioni studiati. :ella colonna di sinistra vengono indicate le temperature di estrusione. :ella tabella sono stati utilizzate le seguenti abbreviazioni.

Con il termine “PLASMIX” è stato indicato il materiale PLASMIX, densificato e lavato. CaCO3 è la formula bruta del carbonato di calcio.

La sigla “SM” sta per “scarti macinati”.

La composizione del “MIX additivi 1” è pari a: 90 parti di SBS, 10 parti di Irganox B255 e 30 parti di talco. La composizione del “MIX additivi 2” è pari a: 90 parti di RBR, 10 parti di Irganox B255 e 30 parti di talco.

I campioni analizzati rappresentano il percorso svolto in questo lavoro nel tentativo di risolvere le problematiche del PLASMIX. È da sottolineare il fatto che il numero di campioni analizzato è limitato ad un piccolo gruppo, composto da 16 campioni e, come si vedrà più avanti, i manufatti presentano una serie di difettosità derivanti dal processo di estrusione controrotante, non totalmente risolte. La tecnologia controrotante è altamente diffusa a livello industriale ma non è in

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grado di amalgamare a dovere un materiale complesso come il PLASMIX, che richiede un mixing sia distributivo che dispersivo.

I campioni LAS 1, LAS 2, LAS 3 e LAS 4 sono stati prodotti con PLASMIX senza additivi, in estrusore a diverse temperature che aumentano dai 180°C ai 202°C, con lo scopo di definire una base di partenza per l’analisi del materiale. Questi campioni, che presentano caratteristiche simili, costituiscono il primo gruppo di cui parleremo in seguito. Esso racchiude i campioni prodotti con PLASMIX non additivato.

I campioni LAS 5, LAS 6, LAS 7, LAS 8 e LAS 9 costituiscono il secondo gruppo di campioni. Questi manufatti sono stati prodotti con una percentuale di PLASMIX variabile e una parte di materiale polimerico derivante dal processo di recupero del rifiuto. I materiali polimerici aggiunti sono di due tipi, polietilene ad alta densità e polipropilene. L’impiego di questi materiali è dovuto a diversi fattori. Innanzitutto il processo di recupero permette di ottenere materiali con un buon grado di purezza e l’aggiunta di una frazione di materiale omogeneo, benché di recupero, permette di aumentare la qualità del PLASMIX. In secondo luogo permette di inserire materiali a basso costo che possono migliorare le proprietà del PLASMIX.

Il terzo gruppo è rappresentato dai campioni LAS 10, LAS 11 e LAS 12; la miscela di preparazione si differenzia per questi campioni per l’aggiunta di additivo. La composizione della miscela prevede la presenza di PLASMIX in tenori del 70 o 80 %, di polietilene ad alta densità con tenori del 19 o 9% e la miscela di additivi all’1 %. Tale miscela è costituita da 90 parti di SBS, 10 parti di Irganox B225 e 30 parti di talco. Per i campioni LAS 11 e LAS 12 è stato aggiunto carbonato di calcio in tenore del 20 % rispetto alla miscela, per aumentare la carica solida.

Il quarto gruppo presenta i campioni LAS 13, LAS 14, LAS 15 e LAS 16 in cui è stato sostituito l’agente compatibilizzante, inserendo nello specifico RBR e PEMA 4351.

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