L’impiego delle materie plastiche è in costante espansione. Sempre più spesso le materie plastiche sostituiscono materiali inorganici in diversi settori produttivi e tecnologici quali, ad esempio, l’edilizia (es. isolamento termico e acustico, tubazioni etc.), i trasporti (arredamento, gomme etc.), l’elettronica (cavi, case, tastiere etc.) e i beni di consumo (tessuti, arredamento etc.).
Le comuni materie plastiche, essendo basate sul carbonio, sono intrinsecamente infiammabili: la loro applicazione risente quindi dei rischi relativi alla possibilità di innesco e propagazione di un incendio.
Leggi e norme regolamentano in tutto il mondo l’applicazione delle materie plastiche in funzione della loro infiammabilità. Per alcuni settori applicativi la commercializzazione di materie plastiche è subordinata alla certificazione di una data classe di reazione al fuoco, ottenibile attraverso prove di laboratorio standard. Ad esempio, i polimeri utilizzati nei trasporti pubblici (arredamento, imbottiture, sistemi fonoassorbenti), nell’elettronica (guaine dei cavi, case etc.), sottocofano (tubi, coperture etc.) sono soggetti a severi vincoli prestazionali, anche in relazione alla loro reazione al fuoco.
La reazione al fuoco delle materie plastiche può essere modificata attraverso l’uso di additivi, detti ritardanti alla fiamma (RF). I RF migliorano la reazione al fuoco dei polimeri, che possono così ottenere la classe di reazione al fuoco necessaria per una determinata applicazione e relativo mercato. Data la natura chimica di alcuni RF, questi risultano soggetti a norme e leggi relativi all’impatto ambientale ed al riciclo delle materie plastiche.
In alcuni settori, ad esempio l’elettronica, direttive europee impongono limiti all’uso di una serie di sostanze o elementi chimici (RHOS) anche presenti nei RF (i.e. alogeni) e impongono (WEEE) di riciclare una certa percentuale delle materie plastiche contenute negli apparecchi elettronici.
La necessità di soddisfare contemporaneamente norme relative all’infiammabilità dei materiali polimerici, i vincoli inerenti l’uso di sostanze usate come RF e la spinta al riciclo delle materie plastiche, impone di verificare la fattibilità tecnologica del riciclo di materiali polimerici ritardati alla fiamma.
Le tipologie di riciclo delle materie plastiche sono:
– Riciclo primario (meccanico): riutilizzo delle materie plastiche incontaminate, generalmente è limitato a sfridi di lavorazione. Tale tipologia di riciclo avviene solitamente nello stesso impianto dove lo scarto è generato.
– Riciclo secondario (meccanico): le materie plastiche sono raccolte a fine vita. Il processo di riciclo delle materie plastiche provenienti da prodotti di consumo, quindi soggette ad invecchiamento, è influenzato dalla natura delle matrici polimeriche, dalla presenza di additivi, coloranti e dalla tipologia di degradazione a cui i prodotti sono stati soggetti duranti il loro utilizzo.
– Riciclo terziario (chimico): le materie plastiche sono sottoposte a processi chimico-fisici controllati per ottenere monomeri, oligomeri o altre miscele di prodotti riutilizzabili come intermedi in successivi processi chimici.
– Riciclo quaternario (combustione): le materie plastiche vengono utilizzate per recuperare energia dalla loro combustione.
La presenza di additivi RF ha un importante effetto sui processi di riciclo summenzionati.
Ad esclusione del riciclo primario, che si basa su un materiale da riciclare omogeneo, la fattibilità tecnica del riciclo dei materiali polimerici ritardati alla fiamma deve essere accertata per il riciclo secondario, terziario e quaternario.
Il riciclo secondario di polimeri contenenti RF è strettamente legato alla natura chimica dei RF stessi. La capacità di sopportare lo stress termo-meccanico del processo di riciclo mantenendo apprezzabili doti di reazione al fuoco dipende dalla stabilità dei RF. Ad esempio, RF a base di azoto (N), molto stabili termicamente, sopportano bene il riciclo meccanico. I RF a base fosforo (P), invece, variano la loro stabilità in funzione delle diverse strutture chimiche con cui vengono utilizzati.
Avendo a disposizione diverse tipologie di RF, ciascuna con le sue caratteristiche, risulta quindi impossibile trattare in modo uniforme, attraverso un processo di riciclo meccanico di routine, forniture necessariamente eterogenee di materiali polimerici ritardati alla fiamma. Il processo di selezione e separazione dei materiali polimerici sulla base della natura del polimero e dei RF è un processo articolato.
In termini generali, quindi, il limite di questo approccio non è strettamente tecnico, ma risiede nel complesso e costoso sistema di raccolta, identificazione e separazione del flusso di materiali polimerici ritardati alla fiamma.
Il riciclo terziario di materiali polimerici ritardati alla fiamma è tecnicamente possibile: esistono infatti impianti in grado di trattare in modo opportuno un flusso eterogeneo di materiali polimerici contenenti FR.
Il riciclo quaternario, ossia il recupero di energia attraverso la combustione di materie plastiche è, allo stato dell’arte degli inceneritori, possibile. Trattamenti catalitici e scrubber possono essere utilizzati per eliminare gli eteroatomi presenti nei gas esausti, scongiurando l’immissione in atmosfera di sostanze pericolose. Una valutazione complessiva delle diverse opzioni relative al riciclo di polimeri ritardati alla fiamma deve considerare diversi aspetti: la gestione del flusso di materie plastiche da riciclare, l’impatto ambientale, il bilancio economico.
Il riciclo primario normalmente è implementato direttamente negli impanati che generano gli sfridi: è quindi un processo controllato, che può essere economicamente vantaggioso.
Il riciclo secondario richiede, per contro, un imponente e costoso sistema di raccolta, selezione e separazione del flusso di materie plastiche (ritardate alla fiamma) che possono arrivare agli impianti di riciclo.
Il riciclo terziario, realizzato in impianti che possono trattare un flusso di materie plastiche eterogeneo, permetterebbe di ridurre il sistema organizzativo di raccolta delle materie plastiche.
Il riciclo quaternario risulta essere, in termini di costi e impatto ambientale, il meno desiderabile. Tale approccio, inoltre, è oggetto di un vivo dibattito pubblico.
Tutte le opzioni relative al riciclo dei materiali polimerici ritardati alla fiamma potrebbero essere applicate con successo; tuttavia lo scenario futuro sarà definito da fattori economici e politici piuttosto che tecnici.
Andrea Castrovinci
PhD
Istituto CIM per la Sostenibilità nell’Innovazione
Dipartimento Tecnologie Innovative – SUPSI
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