Il Degrado dei Polimeri RiciclatiCosa si intende per degrado dei polimeri riciclati: biologico, ossidativo, foto-degradazione e termico?di Marco ArezioNegli anni dal dopo guerra in poi, le materie plastiche hanno preso sempre più mercato andando a sostituire prodotti fatti con altre tipologie di materiali in quanto si evidenziarono subito gli innumerevoli vantaggi che questo nuovo materiale portava. Tra i vantaggi delle materie plastiche che si possono sottolineare, troviamo la leggerezza, la facilità di lavorazione, la possibilità di colorazione e il basso costo di produzione. In realtà in quegli anni ci siamo concentrati sui vantaggi indiscussi delle materie plastiche senza approfondire le questioni che ne determinavano il loro degrado. Oggi, con la grande esperienza che gli utilizzatori e i produttori di materie plastiche hanno acquisito, possiamo bilanciare vantaggi e svantaggi di un materiale così innovativo. Possiamo classificare gli svantaggi tra interni ed esterni: Svantaggi Interni modificazione chimiche e fisiche processo di produzione del polimero reattività chimica degli additivi Svantaggi Esterni variazioni termo-igrometriche esposizione ai raggi UV agenti inquinanti calore microrganismi ossigeno cause accidentali Inoltre, la degradazione può essere di tipo fisico che chimico. Nel degrado fisico si può notare un aumento della cristallinità e di conseguenza della densità, con la nascita di tensioni interne, fessurazioni e deformazioni. Quello chimico, che avviene a livello molecolare, in base all’agente degradante, va ad influenzare le catene polimeriche con una perdita di coesione e una diminuzione del peso molecolare. DEGRADO OSSIDATIVO DELLE MATERIE PLASTICHE Nonostante la degradazione dei polimeri organici e inorganici sotto l’effetto dell’ossigeno sia molto lenta, questa provoca il rilascio di sostanze chimiche che portano all’auto-catalizzazione del polimero stesso, cioè, gli agenti chimici frutto della degradazione attaccano a loro volta la catena polimerica, attivando un processo autodistruttivo. Inoltre, se questa fase viene interessata dalla formazione di radicali liberi per azione del calore o della luce, allora la reazione tra il polimero e l’ossigeno aumenta la velocità di scissione delle catene, che porta alla reticolazione e alla formazione di elementi volatili. Questo processo viene chiamato foto-ossidazione o termo-ossidazione, a seconda se il fattore scatenante sia stata la luce o il calore. Le conseguenze dirette sulla qualità del polimero si possono notare attraverso la riduzione delle proprietà meccaniche, specialmente per quanto riguarda l’elasticità e la resistenza alla rottura. DEGRADO BIOLOGICO DELLE MATERIE PLASTICHE Per degrado biologico si intende l’attacco da parte di funghi e batteri sui alcuni polimeri, specialmente quelli di derivazione naturale. Questi sono soggetti al fenomeno della Idrolisi, che può espone il polimero, in presenza di un alto tasso di umidità, alla rottura delle catene. Per bloccare il degrado si può optare per una conservazione in un ambiente privo di ossigeno, ma è necessario conoscere bene l’origine del polimero in quanto non è un trattamento universalmente valido. DEGRADO TERMICO DELLE MATERIE PLASTICHE Il fenomeno della degradazione termica è causato dalla presenza di idrogeni mobili nella catena o dall’attività radicalica che vengono innescati dal calore, causando la rottura della catena con la formazione di rotture e la produzione di elementi volatili. La mancanza di ossigeno porta alla depolimerizzazione della catena che avviene in tre fasi dissociative: iniziazione, trasferimento molecolare e propagazione. Per aumentare la resistenza chimica dei polimeri al degrado termico la soluzione migliore è l’aggiunta di additivi in fase di produzione. FOTO-DEGRADAZIONE DELLE MATERIE PLASTICHE Il fenomeno di foto-degradazione avviene quando il polimero è soggetto all’influenza dei raggi UV nel range di lunghezza d’onda tra 290 e 400 nm. A livello atomico sappiamo che le radiazioni di luce funzionano come flusso di particelle, nello specifico i fotoni, che entrando in contatto con le molecole dei materiali e, in certe condizioni, possono interagire passando da uno stato di bassa energia ad uno ad alta eccitazione energetica. Questi particolari flussi e movimenti si definiscono come Foto-fisici e/o Foto-chimici. Nel primo caso non intervengono modificazioni chimiche tra le molecole dei polimeri, mentre per il processo di Foto-chimica, esistono possibilità che le molecole alterino la loro caratteristica chimica in virtù della presenza di una abbondante energia. In alcune macromolecole sintetiche, l’energia dei fotoni contenute nelle radiazioni UV hanno la facoltà di provocare rotture dei legami covalenti.Categoria: notizie - tecnica - plastica - polimeri - degrado Vedi maggiori informazioni sulle materie plastiche
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Sostenibilità: la Chimica in CartieraCome la chimica sostenibile trasforma la produzione della cartadi Marco ArezioNel mondo industriale contemporaneo, l’attenzione verso la sostenibilità è divenuta una priorità imprescindibile. Questo vale in modo particolare per l’industria cartaria, che gioca un ruolo centrale nella transizione verso un modello produttivo più circolare. La chimica, in questo contesto, riveste un ruolo fondamentale nel migliorare l’efficienza dei processi e ridurre l’impatto ambientale complessivo. Il processo produttivo della carta, complesso e articolato, può essere suddiviso in quattro fasi principali, ciascuna delle quali beneficia significativamente dell’intervento chimico: produzione delle paste, formazione del nastro umido, finitura del foglio e riciclo dei materiali cartari. Produzione delle paste La prima fase del processo produttivo è la preparazione delle paste, che rappresenta il punto di partenza per ottenere un materiale fibroso adatto alla fabbricazione della carta. Le paste possono derivare sia da materie prime vergini, come il legno, sia da materiali riciclati. La chimica gioca qui un ruolo cruciale, intervenendo con processi di separazione delle fibre, sbiancamento e trattamento delle impurità. Nelle paste ottenute da legno, i processi chimici come la cottura kraft o il metodo solfito consentono di separare le fibre di cellulosa dalla lignina, una sostanza che conferisce rigidità al legno ma che deve essere rimossa per ottenere una carta di qualità. Nel caso del riciclo, i prodotti chimici vengono impiegati per eliminare inchiostri, adesivi e altre impurità, garantendo una materia prima pulita e riutilizzabile. In entrambi i casi, l’obiettivo è ottenere fibre con il minimo impatto ambientale, riducendo al contempo il consumo di energia e acqua. Formazione del nastro umido La seconda fase è quella in cui le fibre sospese in acqua vengono distribuite uniformemente su una rete per formare il cosiddetto nastro umido, una struttura ancora molto ricca di acqua e poco resistente. Qui entrano in gioco additivi chimici specifici, come i flocculanti e i reticolanti, che migliorano la distribuzione delle fibre e la loro coesione, determinando una migliore formazione del foglio di carta. Altri interventi chimici riguardano l’ottimizzazione delle caratteristiche del nastro, ad esempio la resistenza iniziale o la capacità di trattenere i pigmenti, che diventeranno cruciali nelle fasi successive. La ricerca si concentra su prodotti chimici sempre più biodegradabili e a basso impatto ambientale, riducendo la quantità di sostanze che potrebbero contaminare i reflui industriali. Finitura del foglio Dopo l’essiccazione e il consolidamento del nastro umido, il foglio di carta passa alla fase di finitura. Questo è il momento in cui vengono definiti i parametri finali del prodotto: liscezza, lucentezza, stampabilità e resistenza meccanica. Gli interventi chimici in questa fase sono essenziali per conferire al foglio le caratteristiche richieste dai diversi settori applicativi. Agenti di superficie, come appretti e rivestimenti, migliorano la qualità estetica e funzionale della carta. Ad esempio, il trattamento con resine sintetiche o naturali può incrementare la resistenza all’umidità, rendendo il prodotto adatto a usi specifici, come il confezionamento alimentare. Anche in questa fase, l’innovazione chimica punta a sviluppare formulazioni che utilizzino materie prime rinnovabili o che siano facilmente riciclabili, allineandosi agli obiettivi di economia circolare. Riciclo dei materiali cartacei Gli additivi sostenibili stanno assumendo un ruolo sempre più centrale nella produzione della carta, in particolare per il riciclo dei materiali cartacei. Questi additivi, progettati per ridurre l’impatto ambientale senza compromettere la qualità del prodotto, rappresentano una soluzione innovativa per un’industria che punta sempre più verso la circolarità e la sostenibilità. Tra gli additivi più utilizzati si trovano i coadiuvanti di processo biodegradabili, che migliorano l'efficienza delle operazioni di riciclo. Ad esempio, enzimi specifici vengono impiegati per la rimozione degli inchiostri dai fogli stampati, evitando l’uso di detergenti chimici aggressivi. Gli enzimi, essendo molecole naturali, riducono la formazione di sottoprodotti nocivi e sono completamente biodegradabili, minimizzando l’impatto sui sistemi di trattamento delle acque reflue. Enzimi come le lipasi, utilizzate per la degradazione degli oli presenti nei residui di stampa, le cellulasi, impiegate per separare le fibre nelle paste riciclate, e le amilasi, efficaci nella rimozione di amidi residui, rappresentano esempi concreti di come la biotecnologia possa contribuire a processi più sostenibili. Questi enzimi agiscono selettivamente sulle sostanze bersaglio, riducendo il consumo di energia e prodotti chimici tradizionali. Un altro gruppo di additivi sostenibili è costituito dai flocculanti a base naturale, derivati da polimeri vegetali come l’amido modificato o la cellulosa. Questi materiali aiutano a migliorare la ritenzione delle fibre e dei riempitivi durante il processo di riciclo, riducendo le perdite di materia prima. Inoltre, i flocculanti naturali tendono a essere meno persistenti nell'ambiente rispetto alle loro controparti sintetiche. Per migliorare le caratteristiche meccaniche e ottiche delle fibre riciclate, si utilizzano anche additivi rinforzanti a base di lignina rigenerata, una sostanza recuperata dai processi di produzione della pasta. La lignina può essere trattata chimicamente per fornire proprietà adesive e incrementare la resistenza delle fibre riciclate, garantendo al tempo stesso un minore utilizzo di materie prime vergini. Gli impatti ambientali di questi additivi sostenibili sono decisamente positivi rispetto alle alternative tradizionali. La loro composizione naturale o biodegradabile riduce la tossicità dei reflui industriali e facilita il loro trattamento. Inoltre, l’utilizzo di materiali di scarto rigenerati, come la lignina, rappresenta un esempio concreto di economia circolare, riducendo gli sprechi e chiudendo il ciclo dei materiali. Tuttavia, è fondamentale continuare a monitorare e ottimizzare questi additivi per bilanciare prestazioni e costi, garantendo la loro competitività rispetto ai prodotti chimici tradizionali. La ricerca in questo campo sta rapidamente avanzando, con l’obiettivo di sviluppare formulazioni ancora più efficienti e sostenibili, rendendo l’industria della carta un modello virtuoso di innovazione e responsabilità ambientale. Altri additivi chimici: sbiancanti, antischiuma e flocculanti Oltre agli additivi già discussi, nell’industria cartaria si utilizzano altri prodotti chimici essenziali come gli sbiancanti ottici, gli antischiuma e i flocculanti. Ciascuno di essi svolge un ruolo fondamentale nel miglioramento della qualità del prodotto e nell’efficienza del processo, ma comporta anche sfide ambientali che oggi vengono affrontate grazie all’introduzione di alternative ecologiche. Sbiancanti ottici Gli sbiancanti ottici, noti anche come agenti fluorescenti, vengono utilizzati per migliorare la luminosità e il bianco ottico della carta. Questi composti assorbono la luce ultravioletta e riemettono luce blu, compensando le tonalità giallastre delle fibre. Tradizionalmente, gli sbiancanti contengono sostanze sintetiche non biodegradabili, che possono accumularsi negli ecosistemi acquatici. Le alternative ecologiche includono sbiancanti a base naturale o processi di sbiancamento enzimatico. Gli enzimi come le laccasi e le perossidasi possono degradare selettivamente i cromofori presenti nelle fibre, migliorando il bianco senza l’uso di agenti chimici aggressivi. Questi metodi riducono l’uso di cloro e altre sostanze tossiche, diminuendo l’impatto ambientale del processo. Antischiuma Gli antischiuma vengono impiegati per controllare la formazione di schiuma nei sistemi acquosi durante il processo di produzione della carta. La schiuma può compromettere l’efficienza operativa e la qualità del prodotto finito. Gli antischiuma tradizionali spesso contengono oli minerali o siliconi, che possono essere difficili da smaltire o trattare nei reflui. Le soluzioni ecologiche includono antischiuma a base di oli vegetali o formulazioni biologicamente degradabili. Questi prodotti continuano a garantire un'efficace gestione della schiuma durante i processi produttivi senza impatti negativi sull'ambiente. Formulati con oli vegetali derivati da fonti rinnovabili, tali antischiuma riducono notevolmente la tossicità dei reflui industriali e migliorano il trattamento delle acque di scarico. Riempitivi e cariche I riempitivi, come il carbonato di calcio e il caolino, sono ampiamente utilizzati nell’industria della carta per migliorare le proprietà ottiche e la stampabilità, oltre a ridurre i costi di produzione. Tuttavia, il loro impatto ambientale non è trascurabile, poiché la loro estrazione e lavorazione richiedono elevate quantità di energia e risorse naturali. Le alternative sostenibili si concentrano su cariche naturali a base di fibre vegetali, come i microfibrillati di cellulosa o le nanocellulose. Questi materiali, ricavati da sottoprodotti agricoli o forestali, non solo migliorano le proprietà meccaniche della carta ma riducono anche la dipendenza da risorse minerali non rinnovabili. Conservanti e biocidi I conservanti e i biocidi vengono impiegati per prevenire la crescita microbica nei sistemi acquosi utilizzati nella produzione della carta. Tradizionalmente, questi composti contengono sostanze chimiche aggressive, come isotiazolinoni o cloro, che possono rappresentare rischi ambientali significativi. Le formulazioni ecologiche a base di estratti vegetali, come i terpeni o i tannini, stanno emergendo come soluzioni sostenibili. Questi composti naturali offrono proprietà antimicrobiche efficaci, riducendo la necessità di utilizzare biocidi sintetici persistenti e contribuendo a un ciclo produttivo più sicuro per l'ambiente. Conclusione La chimica sostenibile sta trasformando l’industria della carta, offrendo soluzioni innovative che migliorano l’efficienza dei processi e riducono l’impatto ambientale. Gli additivi ecologici, dagli enzimi biodegradabili agli antischiuma a base vegetale, stanno contribuendo a un modello di produzione più circolare e rispettoso dell’ambiente. Nonostante le sfide economiche e tecniche, i progressi nella ricerca e sviluppo consentono di intravedere un futuro in cui la produzione della carta sarà sempre più compatibile con gli obiettivi globali di sostenibilità. Attraverso l’adozione di tecnologie verdi e la continua ottimizzazione dei processi, l’industria cartaria può diventare un esempio virtuoso di innovazione sostenibile.© Riproduzione Vietata
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Fibra elastica di poliuretano: storia, produzione ed applicazioniFibra elastica in poliuretano: dagli anni 30 del secolo scorso alla chimica dell’abbigliamento elasticizzato modernodi Marco ArezioSe vogliamo dare una definizione di cosa sia la fibra di poliuretano possiamo dire che è una sostanza chimica sintetica caratterizzata da un comportamento simile alla gomma. Questa fibra è formata da una catena molecolare composta da segmenti molli, detti glicoli, intervallati da segmenti rigidi detti isocianati. La fibra di poliuretano nasce intorno al 1937 quando la tensione politica-militare in Europa rese più difficile il commercio delle materie prime, infatti fino ad allora gli elastomeri erano prevalentemente naturali, importati dal sud America e dal Sud Est Asiatico. Come si può leggere nell’articolo presente nelle NEWS sulla storia della gomma naturale, questa era un elemento conosciuto fin dai tempi dei Maya e utilizzato in tutto il mondo in diversi settori. La vera svolta nel campo dei tessuti avvenne nel 1823 quando Charles Macintosh, brevettò un composto fatto di gomma naturale e di oli, adatto all’impermeabilizzazione dei tessuti e, successivamente nel 1830, Thomas Hancock, sottopose il composto gommoso ad azioni meccaniche, mischiando additivi oleosi, cariche e pigmenti, così da rendere industrialmente lavorale in macchina il compound. Fu un tale successo che le esportazioni dal Brasile della gomma naturale aumentarono in modo esponenziale, passando da poche centinaia di tonnellate del 1846 a più di 10.000 nel 1880. Fu così che gli inglesi fiutarono il business e nel 1876 ottennero, da alcuni semi importati dal Brasile, duemila piantine di Hevea Brasilienis, che furono inviate poi nell’attuale Sri Lanka per essere ripiantate. Questo intervento botanico Inglese fece nascere una fiorente produzione, attiva ancora oggi, in Malaysia, Indonesia e Thailandia, area nella quale si produce oggi l’80% della gomma naturale. Negli anni 30 del secolo scorso, periodo nel quale la ricerca chimica stava facendo passi enormi, iniziarono i primi studi per creare una gomma sintetica replicabile in qualunque paese al mondo, senza dipendere dall’importazione della materia prima naturale. Gli studi più interessanti del periodo furono eseguiti dalla tedesca Bayer e fu così che nel 1939, Paul Schlack, sintetizò un polimero con alte proprietà elastiche, ma si dovette attendere la fine della seconda guerra mondiale per vedere la produzione, nel 1951, della prima fibra poliuretanica attraverso il processo di filatura ad umido. Anche negli Stati Uniti la ricerca portò l’azienda DuPont, a seguito di importanti investimenti fatti sulla fibra elastica in poliuretano, nel 1959, a produrre la fibra poliuretanica elastica, attraverso il processo di filatura a secco, che mise sul mercato nel 1962. La vera esplosione della produzione di questi filati avvenne alla fine degli anni 60 del secolo scorso, quando si diffuse la moda della minigonna e il relativo uso delle calze da donna. Come viene prodotta e lavorata la fibra in sintetica in Poliuretano? La fibra elastomerica sintetica è prodotta estrudendo il polimero poliuretano in soluzione o fuso, utilizzando una filiera di un impianto di filatura meccanica. Vi sono normalmente quattro metodologie per la produzione della fibra: Filatura a umido consiste nell’estrusione del polimero in bagno d’acqua calda, formando il filo per coagulazione, ed il successivo lavaggio, essiccazione, lubrificazione e avvolgimento in bobina. Filatura a secco è indubbiamente il sistema più usato al mondo e consiste nell’estrusione del polimero in una cella cilindrica verticale all’interno del quale è presente un gas caldo, che normalmente è azoto. Il filo passa dalla cella e viene successivamente lubrificato, con olio siliconico o stearato di magnesio e poi arrotolato su una bobina posta alla fine di essa. Filatura per fusione consiste nella plastificazione di granuli in un estrusore creando una messa fluida, la quale viene fatta passare attraverso una filiera in verticale che si incontra con un flusso di aria fredda che porta alla solidificazione della materia prima. Il filo in uscita, viene poi lubrificato e avvolto su bobine. La filatura per fusione, tra i quattro processi presentati, è sicuramente quello a più basso impatto ambientale in quanto non richiede solventi e ha una necessità minore di energia. Filatura reattiva consiste nell’estrusione del pre-polimero in un bagno di soluzione contenente ammine polifunzionali. Le parti di isocianato che costituiscono la materia prima reagiscono con le ammine formando un poliuretano a più alto peso molecolare. È una tecnologia oggi poco usata a causa delle basse caratteristiche elastiche del filo rispetti ad altri procedimenti produttivi. Quali sono le applicazioni principali della fibra in poliuretano? Gli utilizzi di questa fibra sono molteplici, quindi raccogliamo solo alcune indicazioni di produzione degli articoli: – Tovaglie – Copri divani – Calze per uso chirurgico – Bende elastiche – Calze a compressione graduata – Pannolini – Tute per attività sportiva – Mute da sub – Pantaloni da sci e pantacollant – Jeans e altri tessuti elasticizzati – Corsetteria – Calzini e collant – Nastri elastici – E molti altri articoliCategoria: notizie - plastica - economia circolare - PU - fibra elastica
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