Caso Studio: riciclo di plastiche da RAEE in stampanti 3D

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Gianleone Carrara
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1 Caso Studio: riciclo di plastiche da RAEE in stampanti 3D Emiliano Trinca*, Riccardo Tuffi*, Lorenzo Maria Cafiero*, Loredana Di Lucchio, Valentina Carracino**, *ENEA Laboratorio Tecnologie per la gestione integrata rifiuti, reflui e materie prime/seconde c.r. Casaccia Via Anguillarese, S. Maria di Galeria (Roma) Tel lorenzo.cafiero@enea.it **Università di Roma «La Sapienza» Facoltà Architettura Dipartimento di Pianificazione, Design, Tecnologia Via Flaminia Roma Loredana.dilucchio@uniroma1.it ECOMONDO-19 FORUM RAEE. Il sistema italiano verso la maturità? Rimini, 3-6 Novembre 2015

Maria di Galeria (Roma) Tel 06 30483332 lorenzo.cafiero@enea.

2 Sommario Analisi delle plastiche dei RAEE Analisi delle plastiche per stampa 3D Ipotesi sperimentale Descrizione delle attività Risultati ottenuti e sviluppi futuri

3 Le plastiche da RAEE RAEE = Rifiuti da Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche Fonti di materiale plastico Computer e periferiche Monitor (CRT) Case dei desktop e laptop Tastiere Mouse Stampanti Scanner Piccoli elettromestici Frullatori Asciugapelli Aspirapolvere Elettronica di consumo Apparecchi radio/televisivi Videoregistratori Nastri magnetici Elettroutensili Videogiochi

Mouse Stampanti Scanner Piccoli elettromestici Frullatori Asciugapelli Aspirapolvere

4 Composizione plastica negli RAEE ABS Stirene PP HIPS impatto PC = Acrilonitrile-Butadiene- = Polipropilene = Polistirene ad alto = Policarbonato Fonte: Dimitrakakis E., J. A. (2009). Small WEEE: determining recyclables PVC and hazardous = Polivinilcloruro substances in plastics. Journal of hazardous materials, 161, PBT = PoliButadien-Tereftalato PA = Poliammide POM = Poliossimetilene PET = Polietilene-Tereftalato PS = Polistirene PMMA = Polimetilmetacrilato PUR = Poliuretano

Small WEEE: determining recyclables PVC and hazardous = Polivinilcloruro substances in plastics.

5 Individuazione dei polimeri (Indagine su campo impianto di selezione RAEE) CAMPIONE DESCRIZIONE POLIMERO PCN Scocca (case) computer HIPS TAST SCOCCA Scocca tastiera computer ABS TAST TASTI Tasti tastiera computer ABS STAMP Scocca stampante PC/PS blend PC <0,25mm Supporto scheda madre computer Vetronite Slot nero Slot smontato dal computer PBT Slot blu Slot smontato dal computer PBT Slot marrone Slot smontato dal computer PPS Slot bianco Slot smontato dal computer Nylon 6.6 S.P.E. grigio Scocca esterna Televisore HIPS S.P.E. bianco Scocca esterna monitor computer HIPS S.P.E. nero Scocca esterna Televisore HIPS SAN sottile opacizzato Scocca vassoi interni del frigorifero SAN SAN spesso trasp. Scocca vassoi interni del frigorifero SAN Vaschetta frigo bianca Scocca cassetti del frigorifero PS Vaschetta frigo trasp. Scocca cassetti del frigorifero PS Frigo nero Scocca esterna del frigorifero ABS Frigo bianco Scocca esterna del frigorifero ABS Frigo beige Scocca esterna del frigorifero HIPS Frigo trasp. chiaro Scocca ripiano del frigorifero HIPS Frigo trasp. scuro Scocca ripiano del frigorifero ABS Fluff frigo Schiume poliuretaniche PU Cellulare nero Scocca cellulare PC/ABS blend Cellulare bianco Scocca cellulare PS Cellulare celestino Scocca cellulare PC/ABS blend Cucina Elettrodomestico da cucina PP Attrezzi ferramenta Attrezzi ferramenta PP

marrone Slot smontato dal computer PPS Slot bianco Slot smontato dal computer Nylon 6.6 S.P.E.

6 Plastiche utilizzate nella tecnologia FFF/FDM (stampanti 3D) Materiali: ABS, PLA, HIPS, PA (nylon 6 e 66), PVA (alcool polivinilico), SBR (gomma stirenica). Formato: Bobine di filamento di diametro 1,75 mm e 3 mm Costo: 25 a 50 per kg di materiale Principalmente vengono utilizzate ABS e PLA. anche per materiali compositi a matrice polimerica rinforzata con polvere di rame o sue leghe, legno, e fibra di carbonio.

Formato: Bobine di filamento di diametro 1,75 mm e 3 mm Costo: 25 a 50 per kg di materiale

7 Ipotesi sperimentale Molte termoplastiche presenti nei RAEE sono affini a quelle utilizzate nelle stampanti 3D. Quindi: Le termoplastiche derivanti da RAEE sono impiegabili come carica in una stampante 3D?

8 Sequenza delle operazioni Selezione del RAEE e smontaggio Separazione e Identificazione dei polimeri Pulizia e triturazione Estrusione - Filatura Verifica filamento e bobinatura Stampa 3D

9 Smontaggio e individuazione dei polimeri componenti le diverse parti Lastra (metallo) Tastiera Scocca (ABS) Componente Polimero Quantità g Scocca, tasti ABS 500 Sottotasti POM 44 Gomma SILICONE 20 Sottotasti (POM) Tasti (ABS) Viti (metallo) Gomma (silicone)

Quantità g Scocca, tasti ABS 500 Sottotasti POM 44 Gomma

SPETTROSCOPIA FTIR-ATR (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared spectroscopy) ABS 698 ; 759 cm -1 bendingbenzene monosostituito 1450-1492 cm -1 stretching C=C aromatico 1600 cm-1

10 SPETTROSCOPIA FTIR-ATR (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared spectroscopy) ABS 698 ; 759 cm -1 bendingbenzene monosostituito cm -1 stretching C=C aromatico 1600 cm-1 stretching C=C cm -1 stretching CH aromatico TAST SCOCCA ABS std ABS banca dati strumento 910 cm -1 bending CH vinilico 964 cm -1 stretching CH vinilico 1600 cm -1 stretching C=C 2237 cm -1 stretching C N cm -1 stretching CH cm -1 Invecchiamento cm -1 del materiale

CH aromatico TAST SCOCCA ABS std ABS banca dati strumento 910 cm -1 bending CH vinilico 964 cm -1 stretching CH vinilico

11 Triturazione della plastica in scaglie 3-5 mm per la successiva estrusione Trituratore a coltelli Mulino con vaglio La triturazione avviene in due fasi: una prima triturazione grossolana in un trituratore a coltelli seguito da un ulteriore sminuzzamento effettuato in un mulino con vaglio.

avviene in due fasi: una prima triturazione grossolana in un trituratore

12 Estrusione Estrusore: Filastruder Diametro ugello: 1.8 mm La filatura è stata effettuata mediante un estrusore realizzato ed utilizzato dai Makers per l autoproduzione dei filamenti a partire da granuli di materiale plastico vergine o derivati dalla triturazione degli scarti di stampa.

utilizzato dai Makers per l autoproduzione dei filamenti a partire da

13 Verifica filamento e bobinatura Processo di saldatura di tratti di filamento a seguito della eliminazione di tratti con sezioni non conformi Il processo di estrusione del filamento ha prodotto delle parti la cui sezione e la linearità differiscono sensibilmente dal valore atteso. Tali parti sono state rimosse il filamento è stato ricongiunto mediante fusione (effettuata con un saldatore e un tubicino in PTFE di sezione opportuna. Bobine prodotte (scarti a lato)

linearità differiscono sensibilmente dal valore atteso.

14 Stampa 3d SX: HIPS DX: ABS Bobine di plastica da RAEE Stampante 3D: Maker-Bot Replicator 2X a doppio estrusore

15 Prodotti dell attività sperimentale Esempi di realizzazioni: Bianco: HIPS da riciclo Grigio: ABS da riciclo Nero: Filamento ABS commerciale

16 Principali problemi affrontati Recupero materia prima Ricerca di scocche in ABS Smontaggio e suddivisione e verifica polimero tramite analisi FT-IR Triturazione Sminuzzamento grossolano Granulometria: scaglie da 3 5 mm Estrusione e filatura Ottimizzazione temperatura: 190 C Controllo sezione del filamento: 1.75 ± 0.1mm Saldatura e avvolgimento manuale in bobina Stampa 3D Impostazione dei parametri di stampa come ABS commerciale Regolarità del procedimento senza interruzioni

filatura Ottimizzazione temperatura: 190 C Controllo sezione del filamento: 1.75 ± 0.

17 Test effettuati Test sui singoli polimeri Componente Polimero estrusione stampa note Tastiera ABS ok ok buona PC-Tower HIPS ok ok Buona Imballaggio PS ok Non testata Estrema fragilità Tappi HDPE Negativa No Test su miscele di polmeri vergini (non da riciclo) Polimero vergine Polimero vergine estrusione stampa note ABS 30% PS 70% ok no Fragilità ABS 50% PS 50% ok no Buona ABS 70% PS 30% ok no Buona

Negativa No Test su miscele di polmeri vergini (non da riciclo) Polimero vergine Polimero vergine

18 Sviluppi futuri Test su altre termoplastiche da RAEE: PP, Nylon, PBT e loro miscele. Stampa di provini per prove meccaniche Stampa di geometrie di supporto nel campo del restauro utilizzando plastiche da riciclo ( in collaborazione con Dipartimento di Pianificazione e Design facoltà di Architettura Università La Sapienza Roma)

Stampa di provini per prove meccaniche Stampa di geometrie di supporto nel campo

19 GRAZIE DELL ATTENZIONE E BUON PROSEGUIMENTO DEL CONVEGNO!!! Emiliano Trinca ENEA FSN-TECFIS-APAM C.R. ENEA Frascati Emiliano.trinca@enea.it

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