Nel PET riciclato i due valori possono determinare la lavorabilità e la qualità del manufatto Nell’utilizzo di una resina in PET riciclata, sia per stampaggio che per soffiaggio che per termoformatura, è importante capire quali relazioni esistano tra il peso molecolare e la viscosità del materiale. Parlando di viscosità e di peso molecolare, bisogna ritornare con la mente al grande fisico Isaac Newton che si occupò, tra le altre innumerevoli attività scientifiche, anche dello studio della dinamica dei fluidi. Ed è proprio la dinamica dei fluidi che in qualche modo interagisce anche con alcune regole di comportamento nella lavorazione del PET, quando osserviamo il cambiamento dallo stato solido a quello semifluido della materia prima riscaldata. Infatti nella produzione di un oggetto in PET, che sia per termoformatura, stampaggio o soffiaggio, la massa fusa che viene trasformata in un estrusore, crea dei parametri di flusso in cui il peso molecolare ha una grande importanza. Questo valore, in un polimero, è da tenere nella massima considerazione in quanto determina alcune proprietà meccaniche quali la rigidità, la resistenza, la tenacità, la viscosità e la viscoelasticità. Se il valore del peso molecolare fosse troppo basso, le proprietà meccaniche del prodotto in PET che volete realizzare sarebbero probabilmente insufficienti per realizzare una qualità appropriata. La modifica della lunghezza della catena porta ad un peso molecolare più elevato, con la conseguenza di un aumento della relazione delle singole molecole di polimero e della loro viscosità, che incideranno sulla lavorazione e sulla qualità del manufatto. Se vogliamo prendere un esempio nel campo del soffiaggio, possiamo dire che la variazione del peso molecolare del polimero porterà ad una maggiore o minore facilità nella formazione del Parison o della preforma. Come abbiamo visto, esiste un altro parametro strettamente legato con il valore del peso molecolare, che è la viscosità del polimero fuso, o anche detto resistenza al flusso. Ad un aumento del peso molecolare corrisponde generalmente un aumento della viscosità in relazione alla temperatura. La presenza di calore, che serve per creare il flusso di polimero, incidendo tramite un estrusore od un iniettore sul materiale, permette alla plastica di ammorbidirsi aumentando di volume e riducendo la sua densità. Questo comporta la separazione delle molecole che si muoveranno a velocità differenti, quelle al centro del fuso che non incontrando particolari ostacoli, avranno una velocità diversa di quelle periferiche che entreranno in contatto con le pareti che le contengono, creando così delle forze di taglio (stress da taglio) causate dalla differenza di velocità. Possiamo quindi dire che la viscosità di un materiale è influenzata anche dalla sua velocità, in quanto le materie plastiche, alle base temperature, si presentano come elementi aggrovigliati tra loro e, all’accrescere della velocità del flusso, si creerà un maggiore orientamento delle molecole con una riduzione della viscosità. Questo tipo di comportamento inserisce la plastica in quei fluidi detti “non Newtoniani”, a differenza dell’acqua che mantiene inalterata la propria viscosità anche all’aumentare della velocità, rientrando dei fluidi definiti “Newtoniani”. Questo ci fa capire cosa succede ad un fluido di PET che passa da una testa, da una preforma o da un Parison, cambiando la propria viscosità, riducendo il flusso d’uscita ed aumentando le forze di taglio.
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Cosa è la miscela ad inversione di fase e come si usano i polimeri rigenerati nelle miscele bituminose? Agli inizi degli anni 60 del secolo scorso, il manto bituminoso impermeabilizzante era costituito principalmente da carta bitumata e bitume, inoltre era stato da poco introdotto sul mercato il feltro di vetro bitumato le cui caratteristiche di stabilità dimensionale e resistenza erano particolarmente apprezzate. Nello stesso periodo, come abbiamo visto nell’articolo su Giulio Natta, si stavano sviluppando tutta una serie di catalizzatori stereospecifici che servivano per creare nuove miscele chimiche da cui sarebbero, a breve, stati polimerizzati nuovi polimeri tra cui il polipropilene. Queste nuove scoperte portarono alla manipolazione delle catene di molecole creando un ordine delle stesse dal punto di vista chimico. Il fatto di poter posizionare tutte le molecole dalla stessa parte, conferisce alla catena polimerica alcuni vantaggi, tra cui una maggiore resistenza meccanica e una maggiore resistenza al calore, definendo così il polimero ottenuto isotattico. Il suo contrario, dal punto di vista della posizione delle molecole, quindi in modo disordinato, viene definito atattico. Se vogliamo entrare un po’ in alcuni valori tecnici che caratterizzano il polipropilene isotattico possiamo sottolineare che la resistenza meccanica arriva fino a 400 Kg./mq. e la resistenza al calore fino a 150°C. Il polipropilene atattico ha invece la caratteristica di essere più malleabile ed elastico con allungamenti fino al 600%. Tra i polimeri rigenerati e gli additivi che vengono usati nelle miscele di bitume non esiste solo il polipropilene ma anche: – l’LDPE – l’HDPE – EVA – TPO – le Cariche Minerali (talco o carbonato di calcio) – le Gomme Termoplastiche – gli oli – le cere. Miscelando i polimeri rigenerati, in percentuali diverse con il bitume, a secondo della caratteristica tecnica della membrana che si vuole ottenere, avremo la modifica di diversi parametri generali: – La viscosità (aumenta) – La temperatura di rammollimento (aumenta da 60° a 150°) – La penetrazione (diminuisce, quindi aumenta la calpestabilità) – La temperatura di frattura per piegamento a freddo (diminuisce da +10° a – 20° es.) – La stabilità agli agenti atmosferici (durata) Ma cosa succede esattamente durante la miscelazione tra il bitume e i polimeri rigenerati? In gergo tecnico la reazione, tra bitume e polimeri, durante miscelazione viene chiamata Inversione di Fase. Quando si prepara una mescola la quantità di polimeri è nettamente più bassa rispetto alla quantità di bitume ma, attraverso il mescolamento a caldo degli ingredienti, ad una temperatura superiore a quella di fusione del polimero, avviene la cosiddetta inversione di fase, dove l’ingrediente minoritario, in questo caso il polimero, costituisce la fase portante della miscela, mentre l’ingrediente quantitativamente maggioritario, la fase dispersa. Per far si che avvenga l’inversione di fase è importante usare bitume distillato perché è ricco di oli della frazione maltenica compatibili con i polimeri. Durante la creazione delle ricette i produttori di membrane bitume-polimero utilizzano i polimeri rigenerati sotto forma di: – Granuli – Macinati – Densificati (solo se facilmente disperdibili) Per quanto riguarda la filtrazione dei granuli normalmente è richiesta inferiore ai 800-1000 micron, mentre per i macinati e i densificati è richiesta un grado di pulizia (lavaggio) buono e un tenore di umidità basso per non avere reazioni pericolose durante il mescolamento con il bitume caldo.
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Le scoperte nel campo chimico avviarono produzioni industriali in molti campi e con esse la necessità di riutilizzare i rifiuti La rivoluzione chimica, che a partire dal 1700 interesserò le nazioni europee più progredite, pose in evidenza i primi problemi ambientali creati dagli scarti delle produzioni chimiche. Iniziò in quel periodo, insieme alle nuove scoperte, la ricerca di riutilizzo dei rifiuti prodotti dall’uomo. Il primo processo chimico industriale, in senso moderno, è stato quello inventato nel 1791, dal chimico francese Nicolas Leblanc (1742-1806), per la produzione del carbonato sodico in due passaggi. Leblanc ebbe, tuttavia, una vita lavorativa travagliata in quanto le sue ricerche furono finanziate inizialmente dal Duca di Orleans Filippo Egalité, con la speranza di poter vincere il premio messo in palio dall’Accademia delle Scienze Francesi per poter iniziare quindi una produzione industriale. Tuttavia nel 1793 il Duca venne giustiziato e i brevetti di Leblanc non furono riconosciuti validi, ricevendo anche la confisca dello stabilimento di produzione e il rifiuto del premio sperato. Nonostante Napoleone nel 1802 gli restituì la fabbrica, senza premio in denaro, Leblanc non ebbe le forze economiche per ripartire e nel 1806 di suicidò. La prima fase del processo di produzione del metodo Leblanc consisteva nel trattare il cloruro di sodio con acido solforico, il quale si formava in solfato di sodio, creando un rifiuto sotto forma di acido cloridrico gassoso, che per molto tempo fu rilasciato in atmosfera con gravi problemi verso le popolazioni che abitavano nelle vicinanze delle fabbriche e con la distruzione della vegetazione circostante. Il secondo passaggio consisteva nello scaldare il solfato di sodio con carbone e carbonato di calcio, miscela con la quale si otteneva il carbonato di sodio e il solfuro di calcio, poco solubile in acqua, che rappresentava il rifiuto solido del processo e veniva scartato costituendo mucchi all’aria aperta. Durante l’esposizione alle piogge, si liberava idrogeno solforato, gas nocivo e puzzolente. Gli abitanti iniziarono forme di protesta degne di nota contro l’inquinamento atmosferico, creando di fatto le prime contestazione ecologiche, che spinsero gli industriali della soda a cercare delle soluzioni al problema. In quell’occasione l’industria chimica scoprì che dai rifiuti era possibile recuperare qualcosa di utile e vendibile, infatti dall’acido cloridrico era possibile ottenere cloro, una merce che si capì che aveva un suo mercato finale e dal solfuro di calcio era possibile recuperare zolfo, che sarebbe stato vendibile alle fabbriche di acido solforico. Nel XIX° secolo, periodo in cui iniziò a fiorire l’industria pesante dell’acciaio, l’inventore francese Pierre Émile Martin (1824-1915) nel 1865 mise a punto un forno che poteva decarburare la ghisa su larga scala e poteva essere caricato con ghisa fusa ma anche con i rottami di ferro. Nel corso dell’Ottocento infatti, tali rottami si stavano accumulando a seguito della sostituzione dei vecchi macchinari con quelli nuovi, cosi questi rifiuti diventarono materie prime seconde, come le chiamiamo oggi. Il XX° secolo ha visto il progresso industriale crescere in modo continuo e vorticoso, passando da due guerre mondiali, una grande crisi economica-industriale, la conquista dello spazio, le nuove tecnologie, il benessere diffuso, la guerra fredda con la corsa alla creazione degli arsenali atomici, lo spostamento per lavoro e per turismo di grandi masse di persone attraverso l’industria aeronautica, lo sviluppo dei satelliti e le tecnologie legate alla comunicazione hanno alimentato un nuovo mercato di apparecchi, spinti anche dalla nuova intelligenza artificiale che ci fa comunicare attraverso i computers. Tutto questo progresso ha creato un numero crescente di rifiuti che nel passato erano abbandonati in modo superficiale nelle discariche, sulle quali venivano create graziose collinette cosparse di alberi, ma nel sottosuolo non ci si preoccupava di sapere se i rifiuti interrati continuassero a rilasciare i loro veleni. Si capì, più tardi, che molti rifiuti pericolosi continuavano a vivere e ad interagire negativamente con l’ambiente, per cui si iniziò a creare delle linee guide su come isolare le discariche da eventuali perdite di liquami tossici. Qualsiasi sforzo fatto per “nascondere” i rifiuti sembrava vano visto la continua crescita di merce dello scarto e, quindi, si iniziò a parlare di riciclo e termodistruzione. Se la strada di bruciare i rifiuti sembrava fosse comoda e “purificatrice”, ci si accorse ben presto che l’inquinamento espresso da un rifiuto solido pericoloso non sublimava con il fuoco, ma veniva solamente trasformato da solido in fumi, andando ad inquinare l’aria e, a cascata con le piogge, i terreni. Si dovette arrivare alle nuove generazioni di temovalorizzatori per risolvere questo problema ambientale e creando nello stesso modo energia elettrica rinnovabile. Il riciclo meccanico fu allora il solo mezzo per recuperare e riutilizzare i rifiuti che si accumulavano, ma ci volle molto tempo perché i governi e la popolazione capissero che si doveva iniziare con la raccolta differenziata e che l’industria aveva bisogno di normative precise per produrre arrecando i danni minori possibili all’ecosistema. Il futuro del riciclo si raggiungerà con l’integrazione tra processi meccanici, chimici, coadiuvati dalle energie rinnovabili. Immagine: Vernet, Claude Joseph – Seaport by Moonlight – 1771
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Gli strumenti di taglio in acciaio a disposizione degli impianti di macinazione per i materiali da riciclo, sono soggetti ad una notevole usura in virtù del loro impiego e, tanto maggiore sarà l’abrasività dei materiali da ridurre di dimensioni, tanto maggiore sarà la loro usura e tanto minore sarà il tempo necessario al loro consumo. Tutto questo si traduce in costi. Infatti, un’usura veloce dei coltelli di taglio comporta frequenti fermi della macchina per la loro sostituzione, con una perdita della produzione giornaliera, che non si compensa con l’utilizzo di coltelli più economici e meno performanti. Inoltre, quando inizia l’usura dell’acciaio, aumentano, generalmente, le vibrazioni della macchina, la polvere per un’imperfezione di taglio e un consumo maggiore di energia elettrica in quanto la macchina impiega più tempo per svolgere il lavoro. C’è poi da considerare che i materiali da frantumare hanno durezze diverse e che per questo la scelta della composizione dei coltelli deve tener conto di questo importante fattore. A volte non è sufficiente scegliere tipologie di acciaio con durezza differente, ma occorre impiegare coltelli che abbiano degli inserti con materiali estremamente tenaci come il carburo di tungsteno. Ma cos’è il carburo di tungsteno e perché è così efficace nei coltelli dei macinatori? Il carburo di tungsteno si prepara principalmente tramite carburizzazione, facendo reagire tungsteno metallico con nerofumo o grafite a 1400–2000 °C, in atmosfera di idrogeno o sotto vuoto. Si presenta come una polvere di colore grigio con lucentezza metallica, praticamente insolubile in acqua e in acidi diluiti, ma solubile in miscele di acido nitrico e acido fluoridrico. In soluzione acquosa viene ossidato facilmente dal perossido di idrogeno Il carburo di tungsteno ha un punto di fusione di 2 785 °C quindi è un materiale estremamente duro, situandosi a circa 9 nella Scala di Mohs e a circa 2600 nella Scala Vickers. Ha un modulo di Young di circa 700 GPa, un modulo di compressibilità di 630–655 GPa[3] e un modulo di taglio di 274 GPa. Per usi pratici lo si unisce a metalli di transizione, principalmente cobalto o nichel lavorandolo a partire da polveri, con tecniche di sinterizzazione a temperature intorno ai 1200–1500 ºC. Il composto che ne deriva è un materiale ceramico-metallico denominato carburo cementato, metallo duro o widia. Per ottenere del metallo duro possono essere aggiunti anche altri elementi come cromo o tantalio, allo scopo di evitare la crescita dei grani di carburo, fungendo da inibitori. Le polveri di carburo di tungsteno e del metallo subiscono tre passaggi: • Macinazione, per mescolare tra di loro polveri di diversa qualità e creare una miscela omogenea di polveri. • Riscaldamento a 100 °C con aggiunta di legante (cobalto) per formare una massa solida grazie all'unione dei granelli. • Sinterizzazione tra 1200 e 1600 °C, per consentire al cobalto di fondere, saldare i grani ed eliminare le porosità. Nel caso degli utensili da taglio destinati agli impianti di macinazione dei rifiuti riciclabili, questi hanno una grande tenacità e durevolezza che permettono un risparmio generale dei costi di macinazione, anche se i coltelli costino di più rispetto ai comuni coltelli in acciaio, ma permettono anche di ottenere un prodotto tagliato in modo uniforme senza sbavature o polveri eccessive. I coltelli in metallo e carburo di tungsteno sono indicati per i seguenti materiali tenaci: • PET • Plastiche caricate con fibra • Plastiche caricate con cariche minerali • Raffia • Polietilene da serra o proveniente dalla campagna • Rifiuti elettronici • Pneumatici • Legno Se desiderate maggiori informazioni sui coltelli di acciaio e carburo di tungsteno cliccate qui.
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Gli aerei degli Stati Uniti spruzzarono più di 20 milioni di litri di erbicidi Nel tentativo di piegare la tenace e caparbia resistenza dei soldati Nord Vietnamiti, gli aerei e gli elicotteri degli Stati Uniti, spruzzarono più di 20 milioni di litri di erbicidi, compreso l’Agente Orange che conteneva la diossina, sulle foreste pluviali del paese. Il conflitto tra gli Stati Uniti e il regime dei Viet Cong, spalleggiati dalla Cina e dalla Russia, ha devastato la nazione asiatica per quasi venti anni, causando milioni di morti soprattutto tra la popolazione civile. Nonostante siano trascorsi decine di anni dalla fine del conflitto, il Vietnam continua a subire gli effetti negativi di quella guerra. Gli erbicidi utilizzati dall’esercito americano continuano infatti a inquinare e avvelenare gli ecosistemi vietnamiti e le persone che li abitano. Ma perché gli Americani utilizzarono questi veleni in modo indiscriminato? L’esercito Statunitense subì pesanti perdite umane nel conflitto armato all’interno della giungla vietnamita, dove i soldati Viet Cong, oltre a conoscere meglio il territorio e la sua natura, creavano frequenti imboscate ai soldati americani i quali non potevano essere massicciamente supportati dall’artiglieria pesante o dalle incursioni aeree. Le strategie militari degli Stati Uniti, abituati a gestire battaglie campali su spazi aperti usufruendo dalla copertura aerea e dall’artiglieria pesante, erano quelle di cercare di attirare l’esercito Nord Vietnamita in campo aperto per sfruttare la schiacciante superiorità militare del loro esercito. Ma i Viet Cong si dimostrarono soldati astuti e tenaci tanto da indurre l’esercito americano ad entrare, suo malgrado, nella giungla o sulle colline boscose, specialmente vicino al confine cambogiano, per farli uscire allo scoperto. In questo ambiente aspro e solitario gli americani pagarono un prezzo altissimo in vite umane e raggiunsero scarsi risultati militari. La tattica dei militari nord Vietnamiti era definita “prendere il nemico per la cintura” che consisteva in imboscate frequenti all’interno della giungla o in ambienti fittamente boscosi, dove il combattimento corpo a corpo impediva agli americani di usare la più grande potenza di fuoco del loro esercito. Non riuscendo a piegare la resistenza del nemico, la US Army pensò così di distruggere sistematicamente, in modo preventivo, le foreste in cui dovevano avanzare i loro soldati, per evitare imboscate e poter godere, in ogni momento, del supporto armato dal cielo e dalla terra. Per questa operazione pensarono di irrorare, con agenti defolianti, la vegetazione in modo da distruggerla e, in alcuni casi, il napalm per bruciare a terra ogni cosa. L’utilizzo dell’agente defoliante Orange non ha solo distrutto le foreste, ma anche una parte delle colture alimentari del paese, a causa della presenza nel composto di un contaminante a base di diossina che colpì molti militari vietnamiti e statunitensi. Un articolo dell’Università dell’Illinois e dell’Iowa State University documenta gli effetti ambientali dell’agente Orange spruzzato in Vietnam, prendendo anche in considerazione, non solo gli effetti nel tempo del veleno sulla popolazione, ma anche la persistente azione che ancora oggi la diossina ha sulla catena alimentare. Ma cos’è l’Agente Orange? Olson e il co-autore Lois Wright Morton hanno spiegato che l’Agente Orange era una combinazione di due erbicidi, 2,4-D e 2,4,5-T, che, usati singolarmente in agricoltura, presentavano una vita utile non più a lunga di alcuni giorni o settimane in un ambiente esposto alla luce solare. Tuttavia, durante la produzione, la miscelazione dei due componenti per creare il nuovo erbicida chiamato Agente Orange, si formò un sottoprodotto tossico composto da diossina TCDD, la più tossica della famiglia delle diossine dei prodotti chimici. Una volta che la diossina TCDD entra nell’ambiente può rimanere in vita per decenni o addirittura secoli. Questo è quello che è successo nel territorio Vietnamita bombardato da questa sostanza. Quale è stato il meccanismo di contaminazione? I ricercatori hanno esaminato un rapporto USAID di 870 pagine, nonché una dozzina di altri rapporti di ricerca sui siti contaminati, per spiegare il comportamento della diossina sul lungo termine in tutte le campagne del Vietnam interessate all’evento. “Il percorso di contaminazione inizia con l’irrorazione dell’Agente Orange, l’assorbimento da parte delle foglie degli alberi e degli arbusti, la caduta delle foglie sulla superficie del suolo (insieme a qualche contatto diretto del composto velenoso con il terreno), quindi l’attaccamento della diossina TCDD alla sostanza organica del suolo con le particelle di argilla del terreno. Da lì, la diossina TCDD si è spostata con il deflusso superficiale delle acque, aggrappandosi a particelle di sedimenti e stabilendosi in zone umide, paludi, fiumi, laghi e stagni. Il sedimento contaminato da diossina TCDD era – e lo è tuttora – ingerito da pesci e gamberetti, accumulandosi nel loro tessuto adiposo e nella catena alimentare in molti altri pesci che costituiscono la base della dieta vietnamita. Anche se la pesca è ora vietata nella maggior parte dei siti contaminati, i divieti da parte delle autorità sono difficili da far rispettare e, di conseguenza, la TCDD della diossina sta ancora entrando nell’approvvigionamento alimentare umano a distanza di più di 50 anni dalla fine del conflitto. Il presidente Nixon ordinò alle forze armate statunitensi di interrompere l’irrorazione dell’agente Orange nel 1970 anche a causa della scoperta che gli stessi soldati statunitensi si ammalavano a causa della diossina dispersa nell’ambiente.
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