“Riciclo meccanico di polimeri termoplastici da rifiuti marini per l’ottenimento di materiali compositi utili nei processi di manifattura additiva” È questo il titolo della tesi di Laurea Magistrale in Chimica Industriale presso l’Università di Pisa, di Pietro Carli, che ha svolto le attività di studio e ricerca presso Revet Spa, con il tutoraggio del Dott. Stefano Becherini.
Riportiamo qui l’estratto della Tesi di Laurea, augurando buon lavoro al Dottor Carli, già al lavoro nel settore RS di Revet Spa.
“Il presente lavoro di tesi magistrale si inserisce in un contesto di ricerca di estrema attualità e urgenza ambientale, focalizzandosi sulla gestione e sulla valorizzazione dei rifiuti plastici dispersi negli ecosistemi acquatici, comunemente definiti come “marine litter”. Il problema dell’accumulo di materiali polimerici nei mari e negli oceani rappresenta oggi una delle sfide più complesse per la comunità scientifica internazionale, non solo per l’impatto diretto sulla biodiversità marina, ma anche per le implicazioni sulla salute umana e sugli equilibri ecosistemici globali. In particolare, il Mar Mediterraneo è stato identificato come una delle aree più colpite a causa della sua conformazione di bacino semi-chiuso e dell’elevata densità abitativa costiera, con concentrazioni di detriti plastici che spesso superano quelle dei grandi vortici oceanici.
L’obiettivo centrale di questa ricerca è stato quello di validare una filiera di riciclo meccanico capace di trasformare il rifiuto plastico marino da scarto ambientale a risorsa tecnologica, seguendo i principi dell’economia circolare. Tale attività è stata svolta all’interno del progetto di ricerca “Plastron 2027”, che vede la collaborazione tra numerosi partner distribuiti nelle aree costiere fra Italia e Francia, università di entrambe le nazionalità e partner industriali attivi nel settore del riciclo, tra cui Revet SpA. Il presente lavoro di tesi si concentra sulla possibilità di “upcycling” di tali materiali, ovvero sul loro recupero e successiva trasformazione in materiali compositi avanzati specificamente ingegnerizzati per essere utilizzati nella manifattura additiva, comunemente nota come stampa 3D, utilizzando tecnologie a granulo.
La prima parte del lavoro ha affrontato la complessità intrinseca dei materiali provenienti dal mare. A differenza dei rifiuti plastici post-consumo urbano gestiti attraverso i canali tradizionali della raccolta differenziata, i rifiuti marini subiscono una degradazione chimico-fisico significativa dovuta all’esposizione prolungata agli agenti ambientali. La radiazione ultravioletta, l’azione corrosiva della salsedine e lo stress meccanico impartito dalle onde innescano fenomeni di foto-ossidazione che portano alla scissione delle catene polimeriche. Questo processo ne altera drasticamente le proprietà termiche, reologiche e meccaniche, rendendo il materiale fragile, difficile da estrudere e spesso inutilizzabile senza un opportuno intervento di rigenerazione chimica.
L’attività sperimentale è iniziata con la caratterizzazione e il pretrattamento dei flussi polimerici recuperati. Sono stati analizzati due flussi principali: il flusso denominato misto poliolefinico (MPO), composto prevalentemente da polietilene e polipropilene, e quello a base di polietilentereftalato (PET). La metodologia ha previsto una fase iniziale di selezione tramite spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR) per l’identificazione certa delle matrici, seguita da operazioni di macinazione in scaglie, lavaggio per la rimozione di contaminanti biologici e inorganici, e infine una fase di essiccazione. Quest’ultimo passaggio si è rivelato critico soprattutto per il PET, poiché la presenza di umidità residua durante la successiva trasformazione termica avrebbe causato l’idrolisi delle catene polimeriche, compromettendo ulteriormente le prestazioni del materiale.
Lo sviluppo tecnologico della tesi è rappresentato dalla formulazione di nuovi compound polimerici tramite estrusione reattiva. Per contrastare i danni causati dalla degradazione marina, è stata studiata l’aggiunta di specifici additivi. Per le poliolefine, sono stati utilizzati antiossidanti fenolici e fosfiti per prevenire l’ulteriore degradazione termica durante la lavorazione, insieme a stabilizzanti UV di tipo HALS per garantire la durabilità dei manufatti. Nel caso del PET, la sfida principale è stata il ripristino di un elevato peso molecolare; a tale scopo è stato impiegato un estensore di catena multifunzionale (Joncryl), capace di legare chimicamente i frammenti polimerici, migliorando così la viscosità del fuso e rendendo possibile l’estrusione di un filamento continuo.
Un elemento di forte innovazione del lavoro è stato lo sviluppo di bio-compositi attraverso l’incorporazione di cariche naturali provenienti da scarti di filiere produttive locali, in particolare polvere di gusci d’uovo (ESF) e polvere di nocciolo d’oliva (OSF). L’integrazione di questi filler bio-based non solo riduce l’impronta di carbonio del materiale finale, ma permette anche di modularne le proprietà meccaniche, aumentando la rigidità del composito. Per garantire una buona adesione tra la carica idrofila e la matrice polimerica idrofoba, è stato introdotto un agente compatibilizzante a base di polipropilene graffato con anidride maleica. Le analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM) hanno confermato l’efficacia di questa strategia, mostrando un’eccellente interfaccia tra le fasi e l’assenza di vuoti strutturali.
I materiali così ottenuti sono stati infine testati nei processi di manifattura additiva a granulo utilizzando una stampante 3D WASP 4070 HDP. I risultati hanno dimostrato che i compositi a base di MPO caricati con polvere di guscio d’uovo o nocciolo d’oliva fino al 10% in peso presentano un’ottima attitudine alla stampa, con una deposizione dei layer uniforme e una buona stabilità dimensionale. Il materiale ha mostrato di poter essere trasformato in oggetti complessi, suggerendo potenziali applicazioni nel settore dell’arredo urbano o del design sostenibile. Per quanto riguarda il PET riciclato, sebbene le proprietà meccaniche siano state sensibilmente migliorate grazie all’estensione di catena, la fase di stampa ha evidenziato alcune difficoltà legate alla contrazione termica e all’adesione sul piatto di stampa, indicando la necessità di ulteriori studi sull’ottimizzazione dei parametri di processo e sull’uso di superfici di stampa riscaldate o trattate specificamente.
In conclusione, la ricerca ha dimostrato che è tecnicamente possibile reinserire il rifiuto plastico marino in una filiera produttiva di alto valore. L’integrazione tra tecniche di riciclo meccanico avanzato, additivazione mirata e manifattura additiva si è rivelata una strategia vincente per la valorizzazione di materiali altrimenti destinati allo smaltimento in discarica o all’incenerimento. Il lavoro non solo fornisce una soluzione tecnologica al problema del marine litter, ma promuove anche l’uso di biomasse di scarto come cariche funzionali, chiudendo efficacemente il cerchio della sostenibilità. Le prospettive future di questo studio includono l’analisi del ciclo di vita (LCA) per quantificare l’effettivo risparmio in termini di impatto ambientale e la sperimentazione di nuove combinazioni di filler per migliorare ulteriormente le prestazioni dei materiali circolari.”