Rigenerabilità

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RECYCLABLE PERFORMING FOAM

Espandere plastiche significa ottenere prodotti leggeri.
Ciò implica un basso consumo di tutte le materie impiegate nella loro produzione (petrolio greggio, etc.) ed un ridotto consumo di energia nell‘utilizzo dei prodotti finiti.

SCHEMA DEL CICLO DI VITA

ciclo di vita polimeri

TOTALE RIGENERABILITA'

Proxital utilizza tecnologie di espansione che non alterano chimicamente le materie prime utilizzate. Questo consente la TOTALE RIGENERABILITA' dei prodotti alla fine del loro ciclo di utilizzo.

Sono altresì totalmente rigenerabili gli sfridi di lavorazione delle plastiche espanse.
A tal proposito PROXITAL offre un servizio ad hoc.

Per consentire alla sua azienda di liberarsi dagli sfridi delle lavorazioni del polietilene e polipropilene espanso, in conformità al regolamento CONAI e nel rispetto del Codice dell'Ambiente Dlgs 152/2006, Proxital le offre una soluzione al problema.

I Funzionari Proxital sono a disposizione per informarla sulle condizioni del servizio proposto.

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IL POLIETILENE ESPANSO RICICLABILE E RIGENERABILE

Le schiume polimeriche possono vantare una presenza ormai pervasiva sul mercato, grazie alla vastità delle loro possibili applicazioni. I polimeri termoplastici espansi, in particolare, rivestono un ruolo di primo piano nella manifattura industriale, dove il polietilene sta progressivamente guadagnando mercato. Lo scopo di questo articolo è quello di illustrare come il polietilene espanso convenzionale sia trattabile a fine vita.

1. La storia del polietilene espanso

Le prime schiume di lattici naturali e sintetici furono sviluppate negli anni ’20, ma solo negli anni ’40 verrà espanso il polistirene, un polimero termoplastico.

L’uso di polimeri termoplastici è esploso nel secondo dopoguerra complice la facile reperibilità di idrocarburi insaturi (butene, propilene, etilene, butadiene etc) che derivava dai nuovi metodi di raffinazione del petrolio. Fin dagli anni ’60 perciò vennero sperimentati svariati metodi di cellulazione per trasformare i polimeri termoplastici in schiume flessibili e semi flessibili, e a quest’epoca risalgono le prime produzioni di polietilene espanso.

Inizialmente il polietilene venne espanso ad alta densità usando l’azoto come espandente. In seguito vennero impiegati anche i gas HCFC per raggiungere densità inferiori. Sviluppi tecnologici come la doppia vite di estrusione permisero di migliorare le produzioni estruse a ciclo continuo, dando un forte impulso alla diffusione del materiale.

Il trattato di Montreal del 1989 interruppe l’uso consolidato dei gas CFC e HCFC come agenti espandenti, stimolando l’affinamento delle tecnologie alternative disponibili, e in particolare l’espansione chimica.

Oggigiorno il mercato delle schiume flessibili è dominato da poliuretani e poliolefine, la più importante delle quali è di gran lunga il polietilene. I suoi espansi sono disponibili in numerose varietà, sia per metodo di produzione che per caratteristiche chimico-fisiche.

2. Tipi di polietilene espanso

 

Il polimero di LDPE è formato da catene ramificate, con braccia lunghe fino a 100 unità di etilene. Nonostante le ramificazioni considerevoli, le catene mantengono la capacità di allinearsi in strutture ordinate, consentendo al LDPE di cristallizzare fino al 50%. La rimanente porzione amorfa permette tuttavia alle catene e agli sferuliti di scorrere nel fluido polimerico, conferendo al materiale la caratteristica duttilità a temperatura ambiente e una temperatura di transizione vetrosa di -90°C.

Per alcune applicazioni può essere desiderabile un comportamento più elastico, e perciò il polimero può venir reticolato imbrigliando la struttura fluida in un reticolo statico. Così facendo il polimero termoplastico del LDPE viene chimicamente trasformato in un blando termoindurente.

Gli espansi di polietilene sono una dispersione gassosa in una matrice di polietilene a bassa densità (LDPE). La matrice solida delimita delle celle (o cellule) che possono essere aperte o chiuse. Nel primo caso il gas può muoversi liberamente all’interno del solido, mentre nel secondo caso il passaggio è impedito quasi completamente dalle pareti cellulari. Per ottenere questa dispersione è possibile procedere con un espansione così detta “chimica” o “fisica”.

Tipicamente l’espanso convenzionale (non reticolato) è prodotto mediante estrusione ed espansione fisica. In questo caso si inietta un gas compresso direttamente nel polimero fuso. In passato venivano usati gas HCFC, ma dagli anni ’90 sono stati sostituiti con sostanze innocue per l’ambiente. Si possono usare gas atmosferici (CO2, N2, He, aria) o liquidi volatili come gli idrocarburi alifatici (solitamente butano o pentano). L’espandente si trova tipicamente in fase supercritica alla temperatura di estrusione, e viene perciò finemente mescolato al polimero. Al momento dell’estrusione, il crollo della pressione causa un repentino cambio di fase allo stato gassoso. Il gas si raccoglie attorno a dei centri di nucleazione dati da composti nucleanti appositamente aggiunti alla miscela. Il gas forma dunque delle bolle nel fuso, mentre questo raffredda rapidamente fino a scendere al di sotto della sua temperatura di rammollimento. A quel punto il gas rimane intrappolato in celle chiuse. Questo processo permette di ottenere espansi di densità molto basse, fino a 14 Kg/m3, il che corrisponde a una riduzione di densità del 98%.

3. Proprietà

 

Il polietilene a bassa densità è uno dei polimeri più versatili in commercio. Trova il suo maggiore impiego nella produzione di film da imballaggio, ma è anche usato nello stampaggio a iniezione di oggetti rigidi e nell’estrusione di schiume espanse. Tra le applicazioni più tecniche quella per recipienti e superfici resistenti alla corrosione, componenti saldabili, componenti per i quali è richiesta flessibilità e resilienza.

LDPE ha una densità variabile tra 910 e 940 Kg/m3, è chimicamente inerte a temperatura ambiente, è termicamente stabile fino a 80°C, è molto duttile e resiliente, offre un eccellente resistenza ad acidi, alcoli, basi ed eteri, e una buona resistenza a tutti i composti organici con l’eccezione degli idrocarburi alogenati. E’ atossico, inodore e resistente a funghi e muffe.

Una volta espanso il polietilene mantiene le sue proprietà chimiche, con il vantaggio di una densità ridotta dal 50% fino a oltre il 98%. Le schiume di polietilene trovano impiego nei più svariati settori per l’ampia gamma di soluzioni ottenibili.

L’espanso può raggiungere densità inferiori a 15 Kg/m3, una ridotta conduttività termica e una bassa rigidità dinamica, pur mantenendo una buona resilienza e tenacità. Le caratteristiche meccaniche dipendono in larga parte dal tipo di espanso e dalla densità.

Nel settore dell’imballaggio il PE espanso è solitamente utilizzato con densità comprese tra 14 Kg/m3 e 40 Kg/m3, mentre l’EPS con densità variabili da 14 Kg/m3 fino a oltre 600 Kg/m3.

tabella polistirolo espanso convenzionale

PE Espanso convenzionale

Resilienza: misura la capacità assorbire energia in un breve lasso di tempo, ovvero la capacità  di resistere agli urti senza spezzarsi. Il polietilene espanso è un materiale duttile a temperatura ambiente, non si spezza.

Tenacità: misura la capacità di assorbire energia in un lasso di tempo prolungato, ovvero la capacità di deformarsi plasticamente prima di spezzarsi. La conformazione molecolare dei polimeri conferisce loro un’ottima tenacità e resistenza alla fatica, ma il comportamento degli espansi dipende molto dalla loro densità. Tipicamente EPS ha un comportamento più fragile di EPE.

Elasticità: indica la capacità del materiale di deformarsi elasticamente in risposta ad uno sforzo e riacquistare la propria forma quando esso cessa. Gli espansi convenzionali possono avvantaggiarsi della compressione del gas contenuto nelle celle chiuse. Fintanto che le celle sono integre il materiale ha una buon comportamento elastico. Una deformazione elastica è reversibile, ovvero permette al materiale di recuperare la forma originale.

Modulo elastico misura la resistenza che il materiale oppone a deformarsi elasticamente. Il PE espanso è in genere un materiale soffice, per il quale la correlazione tra sforzo applicato e deformazione  risultante è dipendente dallo sforzo stesso. In trazione ha un comportamento vicino a quello del reticolato, mentre in compressione mostra un andamento esponenziale dello sforzo, poiché il suo modulo elastico dipende dalla compressione del gas nelle celle. In questo caso il modulo elastico cresce linearmente al crescere dello sforzo applicato.

Resistenza alla compressione: misura la resistenza che il materiale oppone a uno sforzo di compressione. Il polietilene espanso convenzionale come già detto ha un comportamento esponenziale, mentre l’EPS offre una risposta lineare, e resiste anche alle piccole deformazioni.

Resistenza alla trazione: misura la resistenza che il materiale oppone a uno sforzo di trazione.

Conduttività termica: indica la capacità del materiale di impedire la trasmissione del calore.

Riduzione del rumore: indica la capacità del materiale di impedire la trasmissione del suono.

Trasmissione del vapore: Indica la capacità del materiale di rallentare la trasmissione del vapore. Il PE espanso a celle chiuse risulta di gran lunga superiore agli espansi a celle aperte.

Impermeabilità all’acqua: Indica la capacità del materiale di impedire l’assorbimento e il passaggio dell’acqua. Anche in questo caso risultano superiori gli espansi a celle chiuse, ma la differenza è trascurabile. Ad ogni modo, il PE espanso fisico si avvantaggia anche di una superficie particolarmente idrofoba.

Stabilità dimensionale: Indica la capacità del materiale di resistere a uno stress termico senza deformarsi.

Resistenza agli agenti chimici: Indica la capacità del materiale di conservarsi e rimanere inalterato quando posto a contatto con sostanze corrosive o solventi. Il PE è un materiale dotato di una grande inerzia chimica, e perciò risulta molto resistente. EPS è invece sensibile a molti solventi organici.

Riciclabilità: Indica la possibilità di riutilizzare il materiale quando il prodotto giunge a fine vita. Il PE espanso convenzionale è facilmente riciclabile per la produzione di film, espansi e altri manufatti in LDPE.

4. Ciclo di vita

4.1 Materie prime

LDPE viene prodotto in reattore tubolare o in autoclave per polimerizzazione radicalica libera dell’etilene. L’etilene a sua volta è prodotto per steam cracking del petrolio raffinato.

tabella consumi

Feedstock energy is a concept in addition to the input/output tables of the Life Cycle Inventory methodology; it is meant to facilitate the interpretation of resource use. Since the backbone of polymers is generally hydrocarbon chains, the plastics industry defines feedstock energy as the portion of resource input that ends up in the polymer rather than being used as a fuel.

4.2 Lavorazione

Il processo di espansione del LDPE prevede la fusione del polimero (punto di fusione variabile tra 110°C e 120°C) e l’estrusione con un agente espandente. Si tratta di una lavorazione a basso impatto ambientale, che non richiede acqua, non emette gas nocivi in atmosfera (vedi paragrafo 2), e richiede una modesta quantità di energia elettrica: 0.6 KWh/Kg equivalente a 2,2 M

4.3 Trattamento a fine vita

Quando un prodotto in plastica termina il suo ciclo vita, può essere smaltito in uno di questi modi:

  • Riciclo
  • Incenerimento
  • Discarica

Riciclo

Il polietilene è una delle plastiche più facilmente riciclabili, perché è sufficiente fonderlo per poter estrudere e stampare nuovi manufatti. Mentre le campagne di riciclaggio del EPS sono sporadiche, il riciclo del LDPE è diffuso e ben collaudato. L’espanso convenzionale, non reticolato, è chimicamente equivalente al LDPE non espanso, e viene pertanto riciclato allo stesso modo.

trattamenti fine vita

Per riciclare l’LDPE è sufficiente macinarlo, pulirlo (se proveniente da fonti esterne non sicure), fonderlo ed estruderlo in pellet da utilizzare per l’estrusione e l’espansione o stampaggio di nuovi prodotti. L’impianto necessario al processo si compone dunque di:

  • Shredder
  • Estrusore monovite
  • Pellettizzatore

Con una temperatura di fusione compresa tra 105°C e 115°C, il riciclo del LDPE risulta economico non solo nei requisiti d’impianto, ma anche nel processo.

L’espanso convenzionale non è altro che LDPE addizionato con quantità ridotte di altre sostanze utili all’estrusione, perciò può essere riciclato altrettanto facilmente. La quantità di additivi presente nel materiale è variabile tra il 2% e il 6% in peso, e pertanto risulta semplice miscelarlo con materiale vergine fino a rendere tollerabile l’impatto delle cariche.

Avendo cura di conteggiare gli additivi presenti nel rigenerato, esso può viene impiegato in quantità fino al 25% per l’estrusione di nuovo espanso. Per applicazioni meno sensibili alla purezza della materia prima, come l’estrusione di film, è possibile impiegarlo in percentuale fino al 80% . Altre applicazioni del LDPE riciclato sono il packaging di farmaci, rivestimento di cavi elettrici, tubazioni, oggetti realizzati con stampaggio a iniezione.

Riciclando il materiale è possibile recuperare la materia prima al solo costo energetico di fusione e pellettizzazione degli scarti: mentre la produzione di LDPE vergine richiede oltre 25 MJ di energia, è possibile ottenere materiale rigenerato usando meno di 3 MJ, mentre l’energia di feedstock del materiale viene conservata. Il riciclo del materiale, oltre a ridurre l’impiego delle materie prime, permette anche un notevole risparmio energetico sul ciclo di vita del prodotto.

Il valore di mercato del materiale riciclato si attesta tra il 30% e il 40% del costo del materiale vergine.

Recupero energetico

Il polietilene ha un potere calorifico simile a quello del gasolio, ed è pertanto una delle plastiche più pregiate per la termovalorizzazione.

(MJ/Kg) LDPE 44,6 PS 41,9 Diesel 44,8


Discarica

Tuttavia il riciclo rimane il metodo di smaltimento più efficiente per il polietilene. Mentre l’incenerimento sfrutta l’energia di feedstock propria del materiale, non compensa l’energia spesa per produrlo e lavorarlo.

Tra le opzioni di smaltimento del polietilene, la discarica è certamente la meno desiderabile. La grande inerzia chimica del materiale infatti lo rende molto resiliente anche alla biodegradazione. L’espanso inoltre, se non opportunamente compresso, occupa un volume eccessivo in relazione alla sua massa rispetto agli altri rifiuti.

5. Impatto ambientale

In conclusione il polietilene espanso convenzionale può a buon ragione essere definito riciclabile, indipendentemente dal metodo di espansione, ma bisogna ricordare l’espanso reticolato non lo è.

L’impatto ambientale dell’espanso è molto moderato, considerando che è la produzione non richiede acqua, rilascia in atmosfera solo gas che sono a rischio ambientale molto basso o nullo, riduce al minimo il consumo di materia prima, e richiede modeste quantità di energia. Per di più, il prodotto è completamente riciclabile a fine vita.

La riduzione della densità del prodotto da 19 a 15,5 kg/m3 (ovvero da 19 a 15,5 gr/m2 per il prodotti di riferimento si spessore 1 mm) comporta una riduzione minima del 18% dell’utilizzo di materie prime e di energia elettrica necessaria alla produzione dell’espanso.

Da un altro punto di vista a parità di Kg di prodotto immesso sul mercato sono stati confezionati il 18% in più di prodotti con equivalente riduzione dei livelli di co2 generati per unità di prodotto.

FONDI POR FESR 2014/2020

Il Bando Regionale POR FESR 2014/2020 Azione 3.1.1 ha reso possibile per l’azienda Proxital Srl  la riduzione dell’uso di materie prime nel ciclo produttivo dell’Azienda, attraverso la riduzione degli scarti di produzione ottenibile con:

  • diminuzione dei cambi di set-up della macchina al variare del tipo di produzione da eseguire;
  • riciclaggio degli scarti di produzione attraverso la rigenerazione per il loro riutilizzo nel processo di lavorazione.

L’investimento, nello specifico, è consistito nell’acquisto di:

  • Macchina avvolgitrice (ideata e progettata sulle specifiche esigenze dell’Azienda), capace di elaborare altezze di rotoli superiori alle macchine standard (fino a 3 m).
  • Trituratore e impianto di granulazione, per il riciclo (rigenerazione) degli scarti di produzione.
  • Impianto pneumatico automatizzato, per il trasporto degli scarti di lavorazione nel reparto di rigenerazione.

L’agevolazione, concessa dalla Regione Veneto, ammonta ad euro 67.500,00.

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