Progetto realizzato con il contributo di
Materiali green:
novità e casi di successo aziendale
Per migliorare l’ecosostenibilità dei prodotti è
necessario introdurre il concetto di eco-progettazione: si tratta
di una progettazione che estende le proprie competenze non
soltanto alla fruibilità e funzioni del prodotto nella sua fase di
utilizzo bensì al suo intero ciclo di vita, in cui vengono valutati
il tipo di materia prima utilizzata, i processi impiegati e lo
smaltimento finale.
In questa ottica, i biopolimeri, cioè i polimeri
derivanti da risorse rinnovabili, riciclabili e biodegradabili,
rappresentano una categoria di materiali di particolare
interesse per l’innovazione di prodotto in termini di
sostenibilità.
I biopolimeri sono polimeri derivati da risorse
rinnovabili, come il mais, la canna da zucchero, l’amido di
patata o l’olio di ricino, e si differenziano sia per caratteristiche
di biodegradabilità e compostabilità sia per prestazioni
meccaniche. La maggior parte dei biopolimeri, fatta
eccezione per le bioresine termoindurenti, è processabile con
i tradizionali metodi utilizzati per le materie termoplastiche,
come lo stampaggio a iniezione, l’estrusione e lo stampaggio
rotazionale.
Alcuni tipi di biopolimeri vengono impiegati per
la realizzazione di film flessibili estrusi in impianti di blowmoulding; per termoformatura si producono vaschette
di vario tipo principalmente per il settore del packaging
alimentare, ad esempio per i fast food, dove volumi elevati e
relative problematiche di smaltimento trovano nei biopolimeri
biodegradabili e compostabili una risposta significativa in
termini di salvaguardia ambientale. All’interno di questa
categoria di polimeri rientrano ad esempio quelli derivati
dall’ormai ben noto PLA (acido polilattico).
Adesivi Hot-Melt Biodegradabili
© PST Galileo - Marzo 2013
Dal PLA si possono inoltre ricavare manufatti anche
per stampaggio a iniezione e tramite questo processo sono
lavorabili anche polimeri derivati da PHA (poli-idrossialcanoato), un polimero biodegradabile e compostabile che
deriva dalla fermentazione batterica a partire da zuccheri e
lipidi.
Da quest’ultimo si ricavano anche adesivi e hot-melt,
detti anche colle a caldo, che sono solitamente a base EVA,
poliolefine o poliuretani.
Queste colle si trovano inizialmente allo stato solido e
attraverso un riscaldamento vengono rammollite e depositate
sulla superficie da incollare; attraverso il controllo della
polimerizzazione, è possibile ottenere una miscela tale per cui
questo tipo di materiale può essere utilizzato come un adesivo
a caldo, per l’incollaggio di superfici come legno, vetro,
alluminio, carta e numerosi tipi di fibra per tessuti. In virtù della
sua composizione, questo materiale risulta biodegradabile,
secondo norma ASTM D6400 e EN13432, e compostabile.
La temperatura di rammollimento è pari a 110°C,
mentre la temperatura reale di riscaldamento dell’adesivo è di
115-135°C. Queste colle trovano applicazione principalmente
nel settore tessile e dell’abbigliamento, della calzatura,
dell’applicazioni di etichette, della stampa, nei prodotti
igienici.
I biopolimeri derivati da PLA e PHA sono
biodegradabili e ad oggi, rispettivamente negli Stati Uniti e
in Europa, questi materiali rispondono agli standard ASTM
D6400 e EN13432.
Bio-Espansi Biodegradabili
Progetto realizzato con il contributo di
Si deve osservare tuttavia che non tutti i polimeri
derivati da risorse rinnovabili sono biodegradabili: esiste
infatti una categoria di polimeri parzialmente o totalmente
derivati da risorse naturali che vengono realizzati combinando
una percentuale variabile di un componente di derivazione
naturale con componenti classici di derivazione fossile.
Questi polimeri sono caratterizzati da elevate
prestazioni meccaniche che risultano paragonabili a quelle
dei polimeri tradizionali; vengono per questo motivo spesso
definiti “biopolimeri tecnici” e la loro ecosostenibilità si basa
non solo sul fatto che sono di derivazione naturale, ma anche
che il loro impiego consente una significativa riduzione dei
gas ad effetto serra e dell’energia non rinnovabile utilizzata
per la loro produzione (efficienza energetica, basso impatto
ambientale).
Tra questi tipi di biopolimeri meritano particolare
attenzione le poliammidi derivate totalmente o parzialmente
da olio vegetale di ricino. Sono molto simili per caratteristiche
alla poliammide 12, presentano elevata resistenza agli agenti
chimici, in particolare agli idrocarburi, stabilità dimensionale,
relativa bassa densità, buona processabilità (stampaggio,
estrusione, rotomolding, blow-molding) e ritiro da stampo
simile alla PA12. Oltre che nel settore elettrico, elettronico e
dei trasporti, le bio-poliammidi sono impiegate nel settore
medico, dello sport e del tempo libero.
Nel settore medico questo materiale è utilizzato
per la stabilità chimica, la bassa permeabilità a gas come
ossigeno e anidride carbonica e la certificazione per contatto
alimentare e medico; nel settore dello sport e del tempo libero
invece la leggerezza, la resistenza all’abrasione, la possibilità
di avere gradi di durezza diversa, il buon comportamento
all’impatto sono le caratteristiche chiave che consentono la
produzione di componenti con alto livello di performance
come suole di scarpe, componenti per racchette da tennis o
parti meccaniche per sci e scarponi.
Inchiostri Compostabili
© PST Galileo - Marzo 2013
Le schiume naturali, di origine naturale a base di acido
polilattico (PLA) biodegradabile e compostabile, costituiscono
una valida alternativa ecofriendly al polistirene espanso. A
partire da granuli bianchi, la schiuma viene prodotta con
macchine simili a quelle utilizzate nei processi di schiumatura
del polistirene espanso e presenta caratteristiche molto simili a
quest’ultimo. Così come avviene per le schiume in polistirene,
questo materiale è adatto all’imballaggio, essendo formabile
e sagomabile anche su progetto del cliente, è disponibile
in diversi tipi di densità che variano generalmente da 30
kg/m3 a 25-50 kg/m3 e presenta elevate caratteristiche di
ammortizzamento secondo quanto previsto dalle normative
legate ai materiali per il packaging.
Anche per quanto riguarda la grafica oggi sono
disponibili inchiostri naturali in grado di contribuire
all’ecososteniblità di un determinato prodotto. Questa gamma
di inchiostri in differenti colorazioni risponde ai requisiti della
normativa EN 13432, che regolamenta attualmente il mercato
europeo dei prodotti biodegradabili e/o compostabili, e può
essere applicata a materiali biodegradabili e film a base di PLA
derivati da mais o da cellulosa. Tali inchiostri non contengono
metalli pesanti e sono sia a base solvente che a base acqua.
Nel campo dei tessuti merita particolare attenzione
una nuova generazione di prodotti che derivano da risorse
rinnovabili o naturali: fibre derivate da mais, da latte o bambù,
da semi di soia e persino da chitina ricavata dal granchio.
Questi tessuti sono accumunati da elevato comfort
e proprietà idratanti e lenitive. Tra questa tipologia di
materiali risultano particolarmente interessanti le fibre, i filati
e tessuti in poliestere contenenti carbone attivo ottenuto
dalla polverizzazione dei gusci delle noci di cocco. Grazie
alla struttura molto porosa del carbone attivo che cattura il
vapore acqueo, il prodotto consente un rapido assorbimento
dell’umidità corporea e una sua più facile evaporazione.
Case History MaTech - Occhiali Bio
Progetto realizzato con il contributo di
Rispetto ad un normale poliestere, si ottiene un
miglioramento del trasferimento dell’umidità del 50%. Allo
stesso modo il carbone attivo permette anche una migliore
gestione dei cattivi odori, poiché riesce a neutralizzare i
batteri che li generano. I settori di maggiore applicazione di
queste fibre e tessuti sono l’abbigliamento sportivo e casual, la
calzatura, il settore della biancheria intima e della biancheria
da casa.
Infine, è opportuno aggiungere che si possono
considerare ecofriendly anche alcuni trattamenti superficiali;
parliamo ad esempio dei rivestimenti (per plastiche, vetri,
metalli e anche tessuti) che rendono il substrato più resistente
alle macchie e quindi più facile da pulire. In questo caso
l’ecososteniblità deriva dal minor consumo di detergenti e
dalla riduzione dei cicli di pulizia delle superfici.
Molti di questi trattamenti, spesso di natura e struttura
‘nano’, sono inoltre in grado di diminuire l’inquinamento
atmosferico, eliminando le particelle responsabili dello smog
e dei cattivi odori: è il caso dei trattamenti fotocatalitici, che,
assieme all’effetto antibatterico, e in molti casi anche antiodore, permettono di migliorare la qualità dell’ambiente in cui
si vive e quindi contribuiscono a creare un ambiente più sano
ed ecosostenibile.
Per evidenziare l’importanza dei materiali innovativi
nel processo di innovazione del prodotto, riportiamo tre
esempi di collaborazioni tra MaTech ed aziende italiane, che
riguardano prodotti mercati differenti.
Il primo caso aziendale riguarda i biopolimeri tecnici,
con i quali si è potuto realizzare una montatura completamente
‘bio’ di un occhiale sportivo per conto di un’azienda del settore
dell’occhialeria.
Case History MaTech - Bottone Biodegradabile
© PST Galileo - Marzo 2013
Le prestazioni meccaniche e termiche richieste
dall’occhiale e soddisfatte dal polimero di derivazione naturale
che è stato individuato da MaTech danno ulteriore conferma
delle ottime opportunità che il mondo delle plastiche ‘bio’ è in
grado di offrire anche a settori più tecnologicamente avanzati,
con costi che sono paragonabili ad occhiali in montatura
tradizionale a base di acetato di cellulosa o grillamid.
Il secondo caso riguarda il settore dei film estrusi: in
collaborazione con l’azienda coinvolta è stato sviluppato un
progetto in cui sono stati sostituiti i film realizzati in HDPE o
LDPE, impiegati per la produzione di bobine o sacchi, con un
materiale biodegradabile avente caratteristiche meccaniche
comparabili. Una successiva integrazione al primo progetto
ha consentito di identificare anche dei partner per la
realizzazione di una grafica in grado di mantenere il prodotto
biodegradabile, grazie all’utilizzo di inchiostri compostabili da
risorse rinnovabili.
L’ultimo caso riguarda un’azienda del settore della
moda, interessata a un bottone a pressione in biopolimero.
Una serie di test e prove in laboratorio ha permesso di
identificare la resina incognita con la quale era realizzato il
prodotto.
Una volta individuati i parametri tecnici più
significativi per la realizzazione del bottone, sia dal punto
di vista delle condizioni di lavoro, come la resistenza a
sollecitazioni ripetute, la resistenza ai lavaggi e la possibilità
di colorazione in massa del polimero, che delle condizioni
meccaniche per la effettiva realizzazione del bottone, come la
resistenza al punzone, sono stati confrontati gradi polimerici
differenti in biopolimeri che fossero stampabili a iniezione con
tali valori tecnici. Le successive prove di stampaggio sulla carta
hanno poi permesso di individuare il biopolimero in grado di
soddisfare tutti i requisiti necessari.
Case History MaTech
Film estruso biodegradabile con grafica colorata