Rendere le termoplastiche circolari a base biologica una soluzione praticabile per l’industria
Il settore manifatturiero europeo è sempre più sotto pressione al fine di ridurre la dipendenza dai materiali di origine fossile, mantenendo al contempo prestazioni, efficienza economica e scalabilità. Il progetto VITAL(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha raccolto questa sfida fornendo soluzioni produttive pratiche che consentono di sostituire le plastiche convenzionali con alternative a base biologica negli ambienti industriali esistenti. «La transizione dai materiali a base fossile a quelli a base biologica e riciclabili non è più solamente un’opzione, in quanto è diventata una necessità strategica», afferma Lisa Wikström, coordinatrice del progetto VITAL. VITAL si è incentrato è sullo sviluppo di nuovi processi di schiumatura per polimeri a base biologica come l’acido polilattico (PLA), il bio-poliuretano termoplastico (TPU) e una classe di bio-poliammide. La schiumatura introduce bolle di gas in un polimero durante la fase di lavorazione, riducendo l’uso e il peso del materiale e permettendo di mantenere al tempo stesso le prestazioni strutturali.
Tre catene del valore per le bioplastiche circolari
I partner del progetto hanno convalidato i processi nell’ambito di tre catene del valore complementari. Nella prima, basata sulla stampa 3D di schiuma, l’équipe ha sviluppato una nuova testina di stampa in grado di processare direttamente i granulati di polimero, eliminando la necessità di produrre filamenti e utilizzando il gas di azoto come agente schiumogeno: in tal modo, è stato possibile regolare la densità dei pezzi strato per strato, ottenendo riduzioni di peso fino al 66%. Questa tecnologia è stata dimostrata attraverso una parete di separazione stampata in 3D su misura per le navi da crociera, realizzata in PLA riciclabile. La seconda catena del valore ha riguardato la schiumatura delle perle a bassa energia. Dato che quella convenzionale ricorre all’impiego del vapore, ad alta intensità energetica e non adatto a molte plastiche a base biologica, VITAL l’ha sostituito con il riscaldamento a radiofrequenza, riducendo il consumo energetico fino al 90%. Il processo, che ha prodotto con successo schiume di perle in TPU riciclabile con un contenuto a base biologica fino al 60%, è stato testato con successo anche con il PLA, aprendo nuove possibilità per applicazioni ammortizzanti e resistenti agli urti nel settore automobilistico, nonché in quello degli imballaggi e nel campo dei beni di consumo. Per la terza catena del valore, VITAL si è concentrato sullo stampaggio a iniezione di schiuma (FIM, foam injection moulding), un processo di produzione ad alto volume particolarmente rilevante per le termoplastiche riciclabili a livello meccanico. «In questo caso siamo stati pionieri di diversi sviluppi al fine di comprendere il modo in cui questo processo di produzione possa essere applicato alle termoplastiche a base biologica, le modalità attraverso cui questi materiali possano essere efficacemente riciclati e come sia possibile migliorare queste aree attraverso l’impiego dei gemelli digitali e il controllo dei processi di apprendimento automatico», spiega Wikström. VITAL ha sviluppato nuovi gradi di PLA durevoli e resistenti al fuoco, ora disponibili in commercio, e ne ha dimostrato l’utilizzo su linee di stampaggio a iniezione industriali, anche attraverso il collaudo di un sistema di controllo del processo di apprendimento automatico che ha ridotto il consumo di energia, migliorato la qualità dei pezzi e contribuito a limitare gli scarti. Le parti interne delle automobili e i componenti dei frigoriferi sono stati prodotti avvalendosi degli stessi stampi delle plastiche convenzionali. Sebbene i test delle parti automobilistiche abbiano offerto risultati promettenti, sono necessari ulteriori sviluppi in tal senso, mentre i componenti dei frigoriferi non schiumati hanno soddisfatto i requisiti di prestazione, riducendo al contempo significativamente le emissioni di gas serra.
Dalla sperimentazione industriale alla diffusione sul mercato
Il consorzio di VITAL, composto da organizzazioni di ricerca e partner industriali di settori quali l’automobilistico, l’elettronico e il navale, ha garantito che i casi d’uso rispecchiassero le reali esigenze applicative. Il progetto ha ottenuto risultati promettenti nei nuovi processi di schiumatura per le termoplastiche a base biologica, aprendo la strada a ulteriori progressi nella lavorazione industriale, nelle proprietà dei materiali e in altre tipologie di utilizzo industriali. «La schiumatura è un metodo efficiente per ridurre la quantità di materiale e il peso necessari e, di conseguenza, i costi associati. Riducendo la massa di materiale, abbassando il consumo di energia e consentendo la riciclabilità, VITAL dimostra che la sostenibilità e l’efficacia in termini di costi potrebbero andare di pari passo in futuro», conclude Wikström.
