PROCESSI PER IL RECUPERO DI VETRORESINA. COSTRUIRE UNA FILIERA È POSSIBILE? 22 febbraio 2013, Faenza (RA)

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1 Il recupero di materia con trattamenti chimico meccanico meccanico fisico. Un caso studio. Paolo Pozzi UNIMORE Dip. Ingegneria Enzo Ferrari Via Vignolese 905 Modena PROCESSI PER IL RECUPERO DI VETRORESINA. COSTRUIRE UNA FILIERA È POSSIBILE? 22 febbraio 2013, Faenza (RA)

2 Dipartimento D Ingegneria Enzo Ferrari

3 Laboratorio di caratterizzazione materiali TERMICA: TG/DTA con Tmax 1400 C, DSC-DTA/TG, microscopio riscaldante, dilatometro ottico, DMTA CHIMICA: Spettrometria al plasma e di Fluorescenza a raggi X FISICA: area superficiale (BET), porosimetria, granulometria laser, reometria rotazionale, viscosimetria i i MICROSTRUTTURALE XRD l i MICROSTRUTTURALE: XRD per polveri e film sottili, SEM/EDS, microscopia ottica

4 MECCANICA: Dinamometri per prove in trazione e flessione, abrasione profonda, prove tribologiche, microdurezza,,prove d impatto a dardo. TRATTAMENTO MATERIALI: Prove di invecchiamento a nebbia salina, miscelatore interno ad alta temperatura, estrusore bivite

5 PROVE DI STAMPAGGIO: pressa ad iniezione da 35 Ton. Tensile test sample for ASTM D 638 Flowing test channel sample Sample for the degradation test Sample for Izod Impact Strenght g test ((ASTM D 256) Injection moulding of samples by means of a 35 tons press

6 CENTRO INTERDIPARTIMENTALE GRANDI STRUMENTI (CIGS) (C.I.G.S.) I ricercatori del DIEF hanno accesso ai laboratori del C.I.G.S. che sono raggruppati in sezioni composte da laboratori e tecniche affini: Microscopia Elettronica e a Sonda Spettroscopia e Microscopia Ottica Spettroscopia di Risonanza Magnetica NMR e EPR Spettrometria di Massa Diffrattometria X Analisi Termogravimetrica Microscopio a forza atomica

7 Attività del Dipartimento D Ingegneria Enzo Ferrari nel settore dei materiali polimerici e compositi Attività nel campo del riciclo di materiali polimerici studio sul riciclo termo meccanico di poliolefine studio sul riciclo chimico di policarbonato studio riciclo termo meccanico di polimeri da RAEE Attività nel campo dei compositi e poliaccoppiati sviluppo di compositi a matrice polimerica con inorganici da riciclo studio su recupero di materia da vetroresine studio sul recupero di Policarbonato e metalli da supporti ottici Attività nel campo di materiali polimerici Studio stampaggio polimeri termoplastici Studio poliesteri insaturi Sviluppo materiali compositi a matrice poliestere e epossidica rinforzati a fibra vetro e carbonio

8 Gestione dei rifiuti Esempi di materiali che possono essere riciclati: Carta e Cartone Vetro Alluminio Materiali ferrosi Oli usati Polimeri Materiale Organico Inerti misti da costruzione Beni durevoli Legno Batterie per auto trazione Pile scariche Nella stessa filiera In parte nella stessa filiera Prevalentemente fuori dalla filiera

9 Filiere gestione rifiuti Riciclo interno Azienda produttrice Sottoprodotto Azienda utilizzatrice Rifiuto Materia riciclabile Azienda di trattamento smaltimento t

10 Le alternative per la gestione dei rifiuti polimerici sono in ordine decrescente diimportanza: importanza: 1. Minimizzazione dei rifiuti 2. Riuso 3. Riciclo: meccanico, feedstock 4. Recupero di energia 5. Discarica La riduzione dei polimeri contenuti nei prodotti è limitata dalle performance richieste ai manufatti Il riciclo mira al recupero del materiale contenuto nei prodotti polimerici in applicazioni che possono essere molto differenti rispetto a quelle per cui sono stati designati. In particolare il riciclo meccanico mira alla trasformazione dei rifiuti in nuove pastiche rigenerate mediante un trattamento fisico. 10 Gestione delle materie plastiche nell Europa Occidenatle nel 2003 (AMPE,2004)

11 Strategie di riciclo Non esiste un unica forma di riciclo i impiegabile i per qualsiasi i tipo di rifiuto plastico Riciclo Primario : recupero totale del valore del materiale a e (materozze e pezzi difettati) PRE-CONSUMO Riciclo secondario: : recupero POST-CONSUMO per componenti Macinazione Raffinazione di minore qualità Macinazione Estrusione Granulazione Nella filiera (rigenerati) M.R. fuori filiera Riciclo terziario : conversione in materie prime (depolimerizzazione) (Ex. PET, PA, PUR ) Riciclo quaternario : termovalorizzazione con recupero di energia nel caso di miscele polimeriche non compatibili o non separabili

12 COMPOSITI

13 Processi di riciclo per i materiali compositi

14 Strategie di recupero vetroresina macinazione Degradazione termica granulato Frazione Frazione organica inorganica?? Azienda utilizzatrice Aziende utilizzatrici Aziende utilizzatrici

15 Attività svolta La ricerca è stata sviluppata su materiale fornito dalla Nuova Sguassero s.p.a stabilimento di San Giorgio di Nogaro (UD) produttori di tubi in vetroresina per usi civili, industriali e navali. Obbiettivo: sviluppare una tecnica di recupero della fase inorganica e valutare il suo possibile riciclo in altre matrici

16 Materiale utilizzato: vetroresina additivata con Al2O3 Struttura del materiale: resina poliestere caricata con fibra vetro e Al2O3 Fibra vetro tipo E + Al2O3 corpo Feltro vetro C Superficie interna Composizione dichiarata: Fibra complessiva 25%, Allumina 15%. Forma: macinato in pezzi grossolani di diametro < 2 cm. Problematica: recuperare lacomponente inorganica dallaresina e Problematica: recuperare la componente inorganica dalla resina e separare il vetro dall Allumina

17 Tecnica proposta Macinazione Degradazione termica matrice in muffola Disgregazione a umido parte inorganica Separazione Vetro/Al2O3 per filtrazione a umido su griglia da 250 m Fase umida Valorizzazione fibre vetro Separazione Al2O3 per sedimentazione

18 Analisi preliminari: TG vetroresina Granulometria allumina DSC fibra vetro Tg vetroresina

19 Granulometria Allumina DSC fibra vetro

20 Campioni effettuati 22 1 Fase operativa Macinazione e degradazione termica con ciclo termico da 20 a 600 C in 1 hr Disgregazione, ponendo il calcinato in acqua e utilizzando un agitatore meccanico per 10 Separazione Allumina vetro con setacciatura a umido su setaccio da 250 m di luce Recupero Allumina tramite sedimentazione e filtrazione Caratterizzazione fibre e allumina recuperate

21 Risultati Campioni % % % Cariche Fibra Vetro Al2O3 Calcinate ,80 14, ,87 14, ,57 18, ,12 13, ,91 12, ,19 13, ,33 14, ,02 14, ,95 14, ,30 14, ,00 14, ,15 13, ,09 14, ,08 13, ,62 13, ,28 13, ,06 14, ,28 14, ,32 14, ,41 14,40 Media , Deviazione Standard ,48 1,06

22 Caratterizzazioni post separazione Allumina: granulometria, diffrazione a RX, analisi in microscopia ottica

23 Fibra vetro: analisi in microscopia elettronica

24 Ipotesi di riciclo Allumina riciclo nel ciclo produttivo della vetroresina altri settori. Fibra vetro riciclo nei compositi a matrice termoplastica

25 Prove di riciclo fibre vetro in termoplastici Polimero utilizzato: Polipropilene Tecnica: miscelazioneinin estrusore e stampaggio a iniezione Sistema di confronto: fibre tipo E, talco Condizioni: carica al30% Variabili analizzate: proprietà itàmeccaniche ih

26 Risultati 10 µm. Bsd 20 Kv 500 x provino talco Micrografia caricato Talco Micrografia caricato Vetro riciclo

27 Micrografia caricato Vetro riferimento Micrografia caricato Vetro riciclo

28 Characterization Talco Fibra Ric. Rifer. Tensile yield strength ISO ,3 33,1 36,8 Tensile strength at break 21 31,1 34,6 Elongation at Break 36 9,5 7,1 Tensile modulus Impact Izod notched ISO ,7 26,5 28,9 unotched ,22 193,6 HDT Heat Distorsion Temperature ISO 75 67,2 80,8 82,8 Ashes content 1 h at 600 C 29,2 29,5 29,3

29 Ipotesi di filiera in impianto dedicato Stoccaggio Macinazione Trattamento termico Produzione compositi in termoplastico Riciclo in vetroresina o altre applicazioni Recupero fibra vetro Recupero Al2O3 Separazione vetro/al2o3

30 Conclusioni Esiste la possibilità di riciclare la frazione inorganica delle vetroresine all interno di materiali termoplastici e/o in altre filiere produttive E proponibile la realizzazione di una filiera di trattamento degli scarti in vetroresina