Studio di miscele di polimeri riciclati e della loro processabilità nello stampaggio rotazionale. POR Giurgola

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1 UNIONE EUROPEA FONDO EUROPEO DI SVILUPPO REGIONALE Intervento cofinanziato dall U.E. F.E.S.R. sul P.O. Regione Puglia Asse I Linea 1.1 Aiuti agli investimenti in ricerca per le PMI - Azione REGIONE PUGLIA AREA POLITICHE PER LO SVILUPPO IL LAVORO E L INNOVAZIONE Studio di miscele di polimeri riciclati e della loro processabilità nello stampaggio rotazionale POR Giurgola

2 PREMESSA Il Decreto del Ministero dell Ambiente n. 203 dell 8 maggio 2003 [1.]ha stabilito che gli enti pubblici e le società a prevalente capitale pubblico coprano il fabbisogno annuale di manufatti e beni con una quota di prodotti ottenuti da materiale riciclato nella misura non inferiore al 30% del fabbisogno medesimo. Da qui la necessità di aziende produttrici di beni potenzialmente acquistabili dalle pubbliche Amministrazioni a presentarsi sul mercato con prodotti ottenuti da materiale riciclato. Da questo punto di vista la Giurgola srl è interessata ad implementare un processo di rotostampaggio in grado di utilizzare plastica da riciclo che le consenta di realizzare prodotti eco-sostenibili.

3 PREMESSA La circolare 4 agosto 2004 del Ministero dell Ambiente fissa i limiti minimi di percentuale in peso di plastica post-consumo affinché un manufatto possa essere certificato come riciclato. Lo stampaggio rotazionale è, la tecnologia cui viene richiesto il quantitativo più basso di materiale post-consumo. Ciò è dovuto certamente al fatto che lo stampaggio rotazionale soffre molto più di altri processi di trasformazione della presenza di impurezze all interno del materiale (sempre presenti in una plastica post-consumo) ma anche alla scarsa ricerca in questo settore per via delle minori quantità in gioco rispetto altre tecnologie.

4 Selezione dei materiali rhdpe Densificato da PLASMIX Definizione max % in peso di riciclato PE vergine + 30%w di densificato PE vergine + 30%w di rhdpe LA SINTERIZZAZIONE DELLE POLVERI E INSUFFICIENTE. DISCRETO FENOMENO DI POROSITA CONFERMATO DA MISURAZIONI DI DENSITA. MAX % POSSIBILE 30%.

5 Misure di densità Codice miscela Densità (kg/m 3 ) Mix00rHDPE 935 Mix30rHDPE 900 Mix50rHDPE 800 Come si vede la densità diminuisce all aumentare del contenuto di rhdpe, in conseguenza della diminuita efficienza della sinterizzazione. Per contenuti di rhdpe maggiori del 30% la brusca caduta nel valore di densità sembra indicare che anche la sinterizzazione di LLDPE risulta inibita dall elevato contenuto di rhdpe. Questo è confermato dalla presenza di un maggiore grado di vuoto all aumentare del contenuto di rhdpe. Un maggiore grado di vuoto testimonia una diminuita efficienza del processo di sinterizzazione delle polveri, da addebitare alla presenza nella miscela di rhdpe ad alta viscosità, che rende particolarmente critica la fase di rimozione delle bolle. Codice miscela Densità (kg/m 3 ) Mix00DENS 935 Mix30DENS 860 Mix50DENS 805 Anche in questo caso la densità del manufatto diminuisce all aumentare del contenuto di riciclato stavolta in maniera più marcata, certamente a causa della presenza di plastiche diverse dal polietilene all interno del densificato (in particolare polipropilene) e di impurezze non polimeriche che comportano una minore efficacia del meccanismo della sinterizzazione delle polveri.

6 Misure di Melt Flow Le scaglie di rhdpe e di densificato sono state triturate e ridotte alla granulometrie minima consentita dal mulino, cioè 0,5 mm. Una volta ottenute le polveri si è proceduto preparando tramite dry blending, miscele con varie % in peso di materiale riciclato con il materiale vergine. Nella tabella seguente sono riportati i valori di M.F.I. per ogni miscela investigata. Materiali % in peso di plastica da riciclo M.F.I. della miscela [gr/10min] a 190 C /5 Kg Plastene vergine e rhdpe 30% 5,2 Plastene vergine e rhdpe 50% 3,4 Plastene vergine e rhdpe 60% 2,5 Plastene vergine e densif. 30% 4,8 Plastene vergine e densif. 50% 3,7 Plastene vergine e densif. 60% 3,3 Non è stato possibile ottenere un valore di M.F.I. col peso di 2,16 Kg (come da norma) poiché la formazione di gas nel corso della prova, dovuta alla presenza di vari contaminanti, non consentiva l estrusione del materiale. Sembrerebbe che tutte le miscele indagate rientrino nel range minimo di valori di Melt Flow consigliati per lo stampaggio rotazionale ma occorre ricordare che tali valori (2,5-3) vanno riferiti alla prova eseguita in condizioni come da norma e quindi col peso da 2,16 Kg. E logico supporre pertanto che il M.F.I. reale sia molto più basso.

7 Resistenza a trazione Sono stati eseguiti test a trazione secondo la UNI EN 527-1/2 su campioni ricavati da pezzi rotostampati col 30% di rhdpe e di densificato da Plasmix. Sono stati anche eseguiti gli stessi test su campioni ricavati da pezzi rotostampati con plastene da riciclo pre consumo (gli sfridi di produzione) usato normalmente in azienda per realizzare serbatoi per acque reflue a scopo di confronto. Campione Modulo elastico MPa Chord Modulus Strain 1-2 MPa Resistenza a trazione MPa rHDPE DENS rPLAS Si nota una diminuzione dei moduli come pure della resistenza a trazione rispetto ai valori di riferimento del Plastene pre-consumo. La differenza è più marcata nel caso della miscela con densificato a riprova del fatto che l aggiunta di tale materiale eterogeneo comporta un peggioramento significativo delle proprietà meccaniche del manufatto. La miscela contenente rhdpe invece mostra dei valori solo poco inferiori rispetto a quelli del Plastene pre-consumo dimostrando che il decremento causato da una sinterizzazione non perfetta viene in parte compensata dalle migliori proprietà meccaniche dell HDPE.

8 Prove a impatto Sono stati eseguiti test a impatto GARDNER sui provini realizzati con le due miscele di LLDPE e rhdpe o densificato. I test sono stati effettuati a 1J, 2J, 5J, 10J, 15J, 20J, 25J, 30J. Il confronto è stato fatto anche con provini di solo Plastene vergine. Confronto test impatto a 5J Il comportamento del plastene vergine è migliore, sia come picco di forza registrato ma soprattutto nell andamento simmetrico della curva che denota come tutta o quasi l energia sia stata assorbita a livello elastico e non ci siano deformazioni plastiche. Nel caso del campione con rhdpe, e ancora di più in quello col densificato si evidenzia invece, una chiara deformazione plastica del materiale. Confronto test impatto a 25J In questo caso i campioni si sono rotti a seguito dell impatto e pertanto è importante misurare l energia assorbita. Il campione contenente rhdpe ha un valore di energia assorbita di 17,47J contro gli 8,45J di quello contenente densificato. Ciò significa che all aumentare dell energia impattante il campione con rhdpe si comporta sempre meglio rispetto a quello con densificato

9 Conclusioni Le attività sperimentali condotte, hanno permesso di individuare la composizione idonea della materia prima e i parametri del processo di stampaggio rotazionale per la realizzazione del prototipo previsto dal progetto. Si decide di procedere alla realizzazione di un prototipo di serbatoio per acque non potabili con la miscela contenente il 30% in peso di rhdpe che è quella che ha le migliori prestazioni sia dal punto di vista meccanico, che dal punto di vista fisico (densità). Infatti dal punto di vista fisico sarebbe molto rischioso utilizzare un prodotto con una densità inferiore a 900 kg/m 3 la quale denoterebbe un contenuto di vuoti notevole. Il contenuto di vuoti potrebbe indebolire la sezione resistente del manufatto in maniera non controllata e quindi rendere vani gli sforzi della progettazione. La miscela indicata rappresenta un buon compromesso tra riduzione del costo di materia prima, prestazione meccaniche e la possibilità di certificare un prodotto come riciclato ai sensi della più volte citata Circolare 4 Agosto Ciò non toglie che la miscela contenente il densificato possa essere utilizzata per la realizzazione di manufatti, come i vasi, per i quali siano meno rilevanti le problematiche connesse a proprietà meccaniche inferiori.