L’analisi dei flussi dei rifiuti in ingresso, la selezione, le miscele e l’impatto termico sulle prestazioni finali

di Marco Arezio

Il polipropilene è una famiglia di polimeri molto utilizzata per la produzione di articoli nelle più svariate applicazioni, in quanto associa resistenza, facilità di colorazione e semplicità di impiego attraverso processi termici differenti come l’iniezione, il soffiaggio, l’estrusione e la termoformatura.

È anche un polimero che si presta facilmente alle operazioni di compound, attraverso le quali si possono miscelare additivi che inducono modifiche alla struttura, incrementando così le prestazioni finali del prodotto, rendendolo più rigido o più flessibile o più performante agli sforzi di compressione, trazione o di taglio.

In virtù della sua duttilità e della facilità di produzione, lo scarto che viene raccolto, per essere poi riciclato meccanicamente, presenta un’eterogeneità di composti che è importante conoscere, per poter prevenire eventuali errori qualitativi sulla materia prima seconda che si andrà a produrre.

Innanzitutto vediamo come si svolge un normale processo di riciclo meccanico di un rifiuto in polipropilene.

Lo scaro del polipropilene che viene avviato al riciclo si può presentare sotto forma di rifiuto rigido, per esempio le cassette dell’ortofrutta, i bancali, i paraurti, i flaconi, oppure sotto forma di rifiuto flessibile, come i sacchetti, i Big Bags, i teli e i film del settore del packaging.

L’insieme di questi rifiuti dovranno preventivamente essere separati meccanicamente, in modo da creare un input di scarti dalla consistenza rigida e uno dalla consistenza flessibile, così da avviarli a processi di lavorazione differenti.

Dopo avere fatto una prima sommaria cernita per macrocategorie, si cerca di separare i rifiuti in base alla tipologia di prodotto iniziale, per esempio i flaconi si separeranno dai secchi, i bancali dai prodotti farmaceutici, le cassette dell’ortofrutta dai tubi e così via.

Anche per quanto riguarda i rifiuti flessibili si cercherà di separare le diverse tipologie di teli, in base alla tipologia di imballo per cui erano destinate, alle lavorazioni a cui sono state sottoposte e ai prodotti con cui sono stati in contatto.

Questa seconda selezione è volta a creare una possibile omogeneità tra le famiglie di rifiuti selezionati, in modo da rendere il loro riciclo il più semplice e qualitativo possibile.

Lo scarto ulteriormente selezionato verrà poi lavato, con processi a decantazione e meccanici, in modo da ridurre al minimo le contaminazioni presenti sulla scaglia, che potrebbero pregiudicarne le qualità meccaniche e l’aspetto estetico.

Terminato il processo di lavaggio lo scarto rigido verrà asciugato, mentre quello flessibile passerà nel densificatore per agglomerare le parti leggere, in modo che sia maggiormente lavorabile nell’estrusione.

Successivamente si utilizzerà questo semilavorato come alimentazione per gli estrusori nella preparazione delle ricette di nuovi granuli riciclati, ricreando il circolo virtuoso dell’economia circolare.

Descritto brevemente il processo di riciclo meccanico del polipropilene vediamo quali possono essere i problemi più comuni da affrontare e come poterli risolvere.

La prima cosa da verificare, nell’attività di riciclo meccanico del polipropilene, è la conoscenza tecnica delle differenze, nei flussi dei rifiuti in ingresso, sulle varie strutture molecolari del polimero.

Infatti il peso molecolare, la sua cristallinità e la sua origine, tra omopimero e copolimero, possono influenzare le qualità fisico-meccaniche del prodotto finale.

Ad esempio, i contenitori o i secchi per conservare lubrificanti o vernici sono comunemente realizzati in copolimero a blocchi, che ha un buon equilibrio tra proprietà di impatto e rigidità.

Altri contenitori in polipropilene, come i flaconi per prodotti per l'igiene e la pulizia o i contenitori per latticini, possono anche essere realizzati in copolimero random o omopolimero, quindi, la differenza di temperatura di fusione varia tra omopolimeri (160-165 °C) e polipropilene copolimero (135-159 °C).

Se queste differenti origini e caratteristiche del materiale venissero combinate fra loro durante il riciclo meccanico, ne scaturirebbe un granulo riciclato di qualità inferiore rispetto allo stesso prodotto attraverso una selezione del rifiuto più attenta.

La seconda cosa da tenere presente è la possibile contaminazione del polipropilene con altre plastiche comuni come il PE.

Tra i tanti polimeri, l’HDPE, è quello che crea più spesso una possibile contaminazione, se non separato precedentemente nel flusso di scarti in ingresso, infatti il PP e l’HDPE, entrambi della famiglia delle poliolefine, hanno una grande somiglianza nella loro struttura e hanno una densità inferiore a 1, galleggiano quindi nell’ acqua di lavaggio.

Inoltre, durante le fasi di estrusione, il PP e l’HDPE hanno temperature di fusioni differenti, compresa tra 160 e 170 °C per il polipropilene e 130 °C per l’HDPE, portando quest’ultimo alla possibile degradazione termica, che si manifesta nella formazione di particelle nere che possono essere impresse sui prodotti finali, con carenze dal punto di vista estetiche.

E’ quindi consigliabile limitare la presenza di HDPE sotto la soglia del 5%, per ridurre l’impatto negativo sui prodotti realizzati con la materia prima riciclata.

La terza cosa da considerare, come abbiamo accennato prima, è il fatto che il PP si presta facilmente alle operazioni di compound, quindi lo scarto potrebbe contenere, cariche come il talco, il carbonato di calcio, la fibra di vetro, i metalli o colori particolarmente aggressivi.

Sapendo che i vari additivi da compound hanno comportamenti fisici e meccanici diversi, sia in fase di trasformazione della materia prima che dal punto di vista estetico che prestazionale sul prodotto finito, è importante procedere all’analisi dei contenuti, con prove di laboratorio, per capire come utilizzare, durante le fasi di riciclo, lo scarto additivato.

La quarta cosa che si deve tenere presente è il degrado del polimero, non solo quello di cui abbiamo accennato riguardante la fase termico-estrusiva per produrre il granulo, ma anche quella che possiamo definire foto-ossidativa, per cui un prodotto plastico esposto alla luce e al calore, genera un decadimento delle proprie prestazioni a causa dell’indebolimento e della modifica delle sue catene.

Infatti, la degradazione ossidativa può essere generata non solo dalla degradazione termica, indotta dalla radiazione solare, ma anche da elevate sollecitazioni meccaniche. Quando il polimero si degrada, l'ossigeno presente nel materiale plastico disintegra le molecole e crea radicali liberi, che reagiscono rapidamente a catena con l'ossigeno.

Si può quindi ricordare che il polipropilene, nell’ambito del riciclo meccanico, è un polimero con una spiccata proprietà di degradazione termica rispetto ad altre tipologie di plastica, sia durante il suo ciclo di vita (principalmente per foto-ossidazione), sia durante le fasi di lavorazione e riciclo.

Il calore, le sollecitazioni meccaniche e le radiazioni ultraviolette modificano fortemente la struttura e la morfologia e, di conseguenza, le caratteristiche e le proprietà del polipropilene riciclato.

Sia l'allungamento che la resistenza all'urto sono le proprietà maggiormente influenzate dal fenomeno del degrado, oltre a cedimenti di scolorimento e altri danni estetici che devono essere presi in considerazione.

Come ultimo aspetto, tra molti altri che si possono illustrare, citerei la problematica dell’odore che può accompagnare i rifiuti in polipropilene da post consumo.

L’odore nell’input del rifiuto può formarsi a causa della commistione tra plastiche che hanno contenuto liquidi o solidi aggressivi, o causati dalla fermentazione biologica degli scarti alimentari o dalla presenza di composti chimici, come i tensioattivi, che possono impregnare il polipropilene.

Le fasi di lavaggio, anche molto accurate, generalmente possono ridurre l’impatto odorifero ma difficilmente sono risolutive del problema.

Essendo la presenza dell’odore nelle plastiche riciclate da post consumo sgradevole per i prodotti finali, e non essendoci, ad oggi, un sistema di asportazione definitiva, si rende necessario dover separare i flussi di rifiuto in entrata, attraverso una verifica analitica, tra quelli che risultano contaminati da composti chimici sgradevoli.

Questa operazione viene svolta velocemente, in modo preciso ed analitico, con un test sul campione di rifiuto in ingresso, impiegando la gascromatografia a mobilità ionica, che consiste nell’inserimento all’interno di una provetta di un piccolo frammento di rifiuto plastico, caricandolo poi nella macchina da laboratorio che ci darà la curva dei composti chimici odoriferi presenti nel rifiuto campionato.

Così facendo, senza ombra di dubbio, avremo la piena conoscenza di quali odori e di quale intensità sarà composto il nostro granulo che andremo a produrre.