CEFORMED e gli organi di ricerca (Università degli Studi di Palermo e l’Associazione C.R.I.T.I.C.A.) si prefiggono lo scopo di ovviare ai problemi della tecnica nota ed ottimizzare l’intero processo.

In particolare, si è occupata della progettazione e dello studio delle fasi sotto elencate:

Preparazione e realizzazione di ecoimballaggi a basso impatto ambientale.

Attualmente, l’imballaggio dei profilati in alluminio avviene tramite avvolgimento dei prodotti finiti in film polimerici di natura poliolefinica (polietilene o film multistrato a base di polietileni) dello spessore di alcune decine di micron che formano vari strati di avvolgimento.

Inoltre, i materiali tradizionalmente utilizzati, ancorché riciclabili, hanno un elevato impatto ambientale e causano problemi nella loro raccolta e smaltimento in fase di utilizzo nel ciclo produttivo (sfridi di lavorazione) ma specialmente per gli utilizzatori finali del manufatto.

Obiettivo di questo modulo del progetto di ricerca è la messa a punto di nuovi materiali polimerici termoplastici per applicazioni nell’imballaggio di profilati di alluminio. Ciò verrà realizzato individuando materiali o formulazioni alternativi a quelli tradizionali.

Individuazione di materiali polimerici a basso impatto ambientale per applicazioni nell’imballaggio di manufatti in alluminio

In questo Fase si è individuerà una rosa di materiali polimerici a basso impatto ambientale candidati per l’imballaggio di profilati in alluminio. I criteri di scelta e valutazione di materiali idonei allo scopo saranno legate alle caratteristiche meccaniche e l’adesione con il manufatto da imballare. Particolare attenzione verrà posta nella possibilità di utilizzare dei materiali polimerici biodegradabili o compostabili, consentendo all’utilizzatore finale di procedere ad un rapido smaltimento dell’imballaggio riducendo l’impatto di esso sull’ambiente. Altra categoria di materiali potenzialmente interessanti allo scopo sono i materiali nanostrutturati (ad esempio, sistemi costituiti da polimeri termoplastici ed argille) che hanno prestazioni ottiche, meccaniche, superficiali confrontabili con quelle dei materiali tradizionali ma ottenute su materiali con peso considerevolmente minore – grazie alla elevata superficie specifica offerta dalle nanocariche – e quindi con un complessivo minore impatto ambientale.

La scelta dei materiali sarà effettuata preparando dei film polimerici – tramite un tradizionale processo da fuso – con le caratteristiche richieste dalle apparecchiature di confezionamento dei profilati, ma realizzati con i nuovi materiali selezionati. Tali film saranno quindi caratterizzati da un punto di vista meccanico (prove di trazione, caduta di dardo), ottico (spettroscopia UV-VIS) di adesività (misura dell’angolo di contatto, misure di peeling), di riciclabilità, di biodegradabilità (ove il materiale usato sia biodegradabile). Effettuato il confronto con il materiale attualmente utilizzato per l’imballaggio, saranno individuati, per le successive operazioni di studio, i materiali che avranno dato i risultati migliori e paragonabili con quelli dei materiali attualmente in uso.

Ottimizzazione delle proprietà dei nuovi materiali selezionati tramite modifica delle variabili nel processo da fuso

Dei materiali individuati nella precedente Attività, si cercherà di migliorare le proprietà finali (meccaniche, di adesione) intervenendo sulle variabili di processo: temperatura di lavorazione, velocità di lavorazione, effetto di stiro e post-stiro a caldo e a freddo.

La temperatura di lavorazione più alta consentirebbe una maggiore produzione in termini di portata legata alla minore viscosità dei materiali termoplastici, ma potrebbe causare severi peggioramenti di proprietà nel caso in cui l’incremento di temperatura provocasse la degradazione del materiale, come avviene in particolare nel caso di materiali biodegradabili, particolarmente sensibili alle variazioni di temperatura.

Similmente, è richiesto uno studio sulle velocità di lavorazione per le stesse ragioni: un aumento della velocità di lavorazione aumenta la produzione è potenziale causa di degradazione per eccessivi stress meccanici sul materiale.

Per quanto riguarda le operazioni di stiro e post-stiro, esse sono certamente utili per migliorare la performance meccanica del manufatto, ma in certi casi potranno essere necessarie per portare le proprietà del materiale – specie quelle meccaniche – entro i limiti per l’utilizzo nelle applicazioni richieste.

Al termine di questa fase, sarà disponibile una mappatura proprietà-lavorazione che consentirà di individuare i migliori materiali candidati alle successive operazioni di scale-up e messa in opera.

Prove di imballaggio con i materiali selezionati

Fase finale sarà quella di effettuare delle prove di imballaggio e di disimballaggio di profilati di alluminio con i nuovi materiali selezionati. Si effettueranno, in prima battuta, delle prove a scala di laboratorio con dei piccoli pezzi imballati e disimballati manualmente. In seguito, sulla base dei risultati ottenuti, si procederà con prove su scala industriale sostituendo i materiali tradizionali con quelli innovativi selezionati nel corso di questa fase.

A termine di questo sotto-fase, pertanto, sarà possibile procedere alla sostituzione dei materiali tradizionali con quelli selezionati durante le diverse fasi della parte di ricerca fondamentale.

Sviluppo di una nuova tecnologia per l’imballaggio di profilati in alluminio

L’imballaggio dei profilati in alluminio avviene tramite avvolgimento dei prodotti finiti in film polimerici preparati separatamente tramite filmatura da fuso. In questa fase si intende studiare un nuovo sistema di imballaggio basato sulla tecnologia di ricoprimento a spruzzo (spray coating) ed in particolare sulla possibilità di ottenere una pellicola polimerica protettiva sul manufatto direttamente in fase di produzione. In particolare, si intende realizzare un rivestimento polimerico tramite evaporazione del solvente da una soluzione polimerica spruzzata direttamente sul manufatto in fase di produzione.

Il vantaggio di tale tecnica consiste nella semplificazione delle fasi di imballaggio perché consentirebbe non solo di rendere completamente automatico il processo di imballaggio finale, ma permetterebbe di utilizzare una minore quantità di materiale polimerico con immediato risparmio in termini economici e di impatto ambientale.

Selezione delle coppie polimero-solvente adatte allo scopo

In questa parte della ricerca ci si concentrerà sulla selezione di coppie polimero-solvente che rispondano alla necessità di produrre, per evaporazione, film compatti e protettivi per manufatti in alluminio senza danneggiare le superfici con cui entrano a contatto.

Particolare interesse sarà rivolto ai sistemi polimerici biodegradabili che sono solubili in acqua (ad es. polietilenglicole, poliidrossialcanoati) e sono anche totalmente biodegradabili. Per confronto, si valuteranno anche coppie polimero-solvente con polimeri non biodegradabili e solventi non acquosi.

Si valuteranno le proprietà reologiche delle soluzioni ottenute ed in particolare la possibilità di essere agevolmente spruzzate sopra un manufatto: la viscosità dovrà essere sufficientemente bassa da consentire la polverizzazione della soluzione, ma sufficientemente elevata per evitare che si verifichi la rottura del film depositato prima della evaporazione del solvente. Andrà anche valutata la possibilità di aggiungere opportuni additivi (tensioattivi, surfattanti) per migliorare l’adesione tra la soluzione ed il supporto metallico da proteggere, verificandone la compatibilità tramite misure di angolo di contatto. Saranno infine valutati eventuali effetti corrosivi della soluzione sul manufatto di alluminio.

Prove di rivestimento con le soluzioni polimero-solvente

A valle delle precedenti fasi, si procederà ad effettuare delle prove di rivestimento di manufatti in alluminio con le soluzioni preparate. Il manufatto sarà spruzzato con la soluzione e si procederà alla evaporazione del solvente in opportune condizioni di temperatura.

Si valuterà il grado di ricoprimento e la bagnabilità (anche tramite microscopia ottica ed elettronica a scansione) nonché la continuità del film ottenuto. Si valuterà l’effetto della presenza di eventuali additivi (tensioattivi, surfattanti) e della temperatura di evaporazione scelta per la rimozione del solvente.

Si valuterà, infine, anche la possibilità di disimballare agevolmente il manufatto così ottenuto.

Prove su scala industriale della nuova tecnologia a spruzzo

A valle delle prove a scala di laboratorio di ricoprimento dei manufatti in alluminio con film polimerici ottenuti per evaporazione si procederà a delle prove di imballaggio direttamente su scala industriale. Si predisporrà, all’occorrenza, una modifica delle attuali apparecchiature per l’imballaggio in modo da supportare la nuova modalità e si procederà ad un ciclo completo di imballaggio, evaporazione e disimballaggio.

Si valuterà, infine, il comportamento di questi imballaggi al termine della loro vita/utilizzo, con particolare riferimento alle possibilità di reimmissione nel ciclo produttivo, riciclo, biodegradabilità.