Stabilizzare le prestazioni e la qualità dell'HDPE riciclato

Domanda di Ian | 15 luglio 2021

La degradazione del polietilene ad alta densità (HDPE) può rappresentare un problema significativo per i riciclatori. Sebbene l’HDPE sia una delle plastiche più comunemente riciclate e possa essere separato utilizzando una serie di metodi, il riciclaggio di questo polimero non è del tutto efficiente nella pratica. Di seguito sono riportate le modalità per adattare la lavorazione per far fronte al degrado delle prestazioni e della qualità e soddisfare la forte domanda di questo materiale, che nel 2019 aveva un valore di mercato globale di 68 miliardi di dollari1

Il calore e il taglio derivanti dal processo di riciclaggio dell'HDPE possono esacerbare qualsiasi usura esistente derivante dall'utilizzo precedente. Questa degradazione può modificare la struttura della resina introducendo gel e granelli, innescare reazioni collaterali che alterano il colore del polimero o causare variazioni nel flusso di fusione, tutti fattori che possono avere un impatto negativo sulle prestazioni e sulla qualità del materiale riciclato.

Anche i contaminanti del flusso di riciclo, come le specie acide, possono avviare la degradazione, rendendoli "pro-degradanti". Possono essere presenti a causa dei residui catalitici derivanti dalla produzione dei polimeri, causando reazioni collaterali che creano acidi, oppure possono essere introdotti dal flusso di riciclaggio. Gli acidi degradano la struttura delle catene polimeriche dell'HDPE e diminuiscono l'efficacia degli antiossidanti a meno che non sia presente anche un antiacido.

Esiste una forte domanda globale di contenuti riciclati post-consumo (PCR), guidata dagli impegni di sostenibilità dei principali marchi e dalle nuove normative che incoraggiano il riutilizzo della plastica per sostenere la circolarità. In particolare, il mercato dell’HDPE riciclato di colore naturale si è espanso nel 2020,2 principalmente a causa della crescente domanda da parte delle aziende di beni di consumo confezionati (CPG).

Per rifornire il mercato, è importante che i riciclatori mantengano le proprietà dell’HDPE post-consumo, compreso il colore, durante il processo di riciclo. Una strategia collaudata consiste nell'aggiungere stabilizzanti al contenuto della PCR prima che sia sottoposto a stress termici e di taglio.

La stabilizzazione chimica del contenuto della PCR HDPE può:

Come funzionano gli stabilizzatori con l'HDPE

I produttori di resina controllano attentamente la struttura dei loro materiali vergini per fornire un'eccellente coerenza nelle proprietà fisiche e visive. Spesso aggiungono un livello base di miscele stabilizzanti per evitare che queste proprietà vengano influenzate da condizioni di processo difficili durante la conversione nel prodotto finale.

Queste miscele di stabilizzanti sono generalmente costituite da diversi componenti, tra cui:

Se il livello base di stabilizzante nell'HDPE è sufficiente solo per un uso limitato (conversione della resina) ed è esaurito nel momento in cui il prodotto finale viene raccolto per il riciclaggio, il contenuto della PCR non avrà protezione contro la degradazione dovuta a condizioni di riciclaggio difficili. Questo è il motivo per cui alcuni riciclatori aggiungono stabilizzanti alla fusione quando convertono gli scarti in contenuto PCR. Hanno scoperto che la stabilizzazione offre un interessante rapporto costi-benefici. L'HDPE riciclato che conserva le sue proprietà originali, il colore e la lavorabilità spesso può richiedere prezzi più alti.

Quantificazione della stabilizzazione dell'HDPE

L'effetto degli stabilizzanti sull'HDPE riciclato può essere determinato testando il tempo di induzione ossidativa (OIT), il flusso di fusione e la ritenzione del colore.

Il tempo di induzione ossidativa è una misura della resistenza di un polimero alla decomposizione ossidativa. Indica quanto bene le parti realizzate con il materiale possono resistere all'invecchiamento (come crepe, screpolature, indebolimento o guasto) se esposte a elementi ambientali tra cui calore, ossigeno, luce e radiazioni.

I test per l'OIT caratterizzano la stabilità termoossidativa delle poliolefine, in particolare del polietilene (PE). È una misura sensibile del livello di additivi antiossidanti all'interno del polimero. Lo standard ASTM D3895 specifica un metodo di prova per l'OIT utilizzando la calorimetria a scansione differenziale (DSC). In breve si tratta di una prova di invecchiamento termico accelerato.

Durante questo test, la resina viene sottoposta a un riscaldamento controllato al di sopra del suo punto di fusione in un'atmosfera di azoto. Una volta fusa, la resina viene esposta all'ossigeno puro e un timer si avvia man mano che l'antiossidante primario si consuma nel tempo. Quando l'antiossidante primario è completamente consumato, ciò viene indicato da un cambiamento nel flusso di calore e viene determinato il tempo di induzione. In generale, tempi OIT più lunghi suggeriscono un livello più elevato di stabilizzazione. In pratica, l’OIT è una buona opzione per un test rapido quando l’invecchiamento termico non è pratico. È meglio utilizzarlo insieme all'invecchiamento termico, poiché applicazioni diverse possono avere risultati OIT identici ma risultati di invecchiamento termico diversi. Nel riciclaggio, si osservano spesso risultati OIT vicini allo zero.