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LE MATERIE PLASTICHE

1. DEFINIZIONE Le materie plastiche sono materiali organici o semiorganici a elevato peso molecolare, cioè costituite da molecole con una catena molto lunga (macromolecole). La IUPAC (Unione internazionale di chimica pura e applicata) nel definire le materie plastiche come "materiali polimerici che possono contenere altre sostanze finalizzate a migliorarne le proprietà o ridurre i cost", raccomanda l'utilizzo del termine polimeri al posto di quello generico di plastche.

Le molecole sono costituite prevalentemente da atomi di:  Carbonio e Idrogeno  possibile presenza di ossigeno, azoto, o altri elementi quali cloro, bromo, ecc.

2. CENNI STORICI Il primo tipo di plastica artificiale denominata parkesina fu inventata nel 1856 dal chimico inglese Alexander Parkes. Nel 1862 all’International Exhibition di Londra e nel 1867 aIl’Exposition Universelle di Parigi presentò una serie di oggetti in questa resina semisintetica che ricordava I’avorio.

La prima vera affermazione del nuovo materiale si ha però solo qualche anno dopo, quando nel 1870 i fratelli Hyatt, Americani, brevettano la formula della celluloide avendo come obiettivo originario quello di sostituire l’avorio (costoso e difficilmente reperibile) nella produzione delle palle da biliardo, salvo incontrare un immediato successo presso i dentisti quale materiale da impiegarsi per le impronte dentarie.

Il successo delle prime materie plastiche artificiali ben presto fu oscurato dalla comparsa di un nuovo materiale, la bakelite, che per circa mezzo secolo dominerà il mondo delle materie plastiche. L’inventore della bakelite nel 1907 fu il chimico belga Leo Hendrick Baekeland. La Bakelite fu la prima resina termoindurente ottenuta facendo reagire fenolo e formaldeide. Dalla reazione derivava un prodotto resinoso che diventava plastico per riscaldamento al punto di poter essere compresso in stampi per ottenere oggetti di varia forma. Prolungando il riscaldamento nello stampo, il materiale induriva e manteneva permanentemente la forma data. Il successo del nuovo materiale fu travolgente. Divenne in breve e per molti anni la materia plastica più diffusa ed utilizzata per la produzione di elettrodomestici, giocattoli, scatole, gioielli, lampade, ma anche per i cruscotti delle automobili.

Nel 1913 lo svizzero Jacques Edwin Brandenberger inventò il cellophane, un materiale a base di cellulosa, prodotto in fogli sottilissimi e flessibili. E’ un materiale trasparente ed impermeabile che trova subito applicazione negli imballaggi.

Nel 1935 il chimico americano Wallace Carothers sintetizzò presso un laboratorio chimico della DuPont, la fibra tessile oggi conosciuta come nylon (poliammide). Questo materiale segnò l’ascesa delle “fibre sintetiche” e troverà largo impiego nell’industria tessile: dalle calze da donna ai paracadute.

Gli “anni di plastica” iniziano ufficialmente l’11 marzo del 1954 quando Giulio Natta, futuro premio Nobel per la chimica (nel 1963). Il nuovo prodotto, che in seguito sarebbe stato chiamato “Moplen”, venne utilizzato per produrre di tutto: dalle stoviglie, ai componenti per le auto, alle bacinelle e giocattoli.

3. QUALCHE DATO STATISTICO Secondo uno studio di Science Advances la produzione mondiale di resine e fibre plastiche è cresciuta dai 2 milioni di tonnellate del 1950 ai 380 del 2015. La plastica è entrata a tal punto nella nostra quotidianità che risulta difficile pensare ad un oggetto che non contenga polimeri, anche in minima parte.

Il PlasticsEurope, associazione dei produttori europei di materie plastiche, ha pubblicato l’edizione 2017 di “Plastics - The Fact” dove si evince che nel 2016 sono state prodotte a livello mondiale 335 milioni di tonnellate di materie plastiche (termoplastiche, poliuretani, termoindurenti, adesivi e coating), tredici milioni in più rispetto all’anno precedente. L’Europa ha contribuito per 60 milioni di tonnellate, due in più rispetto al 2015.

I principali mercati di destinazione sono: packaging con il 39% della domanda complessiva, seguito dal building & construction (20,6%), dall’auto (7,5%), dall’E&E (5,6%). Le altre applicazioni includono settori vari quali lo sport, salute e sicurezza, tempo libero, agricoltura, macchinari industriali, elettrodomestici e mobili.

4. CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI POLIMERICI

Le materie plastiche si dividono in:

 materiali termoplastici: acquistano malleabilità, cioè rammolliscono, sotto l'azione del calore. Possono essere modellate o formate in oggetti finiti e quindi per raffreddamento tornano ad essere rigide.  materiali termoindurenti: dopo una fase iniziale di rammollimento dovute al riscaldamento, induriscono per effetto di reticolazione tridimensionale. La loro viscosità non diminuisce all’aumentare della T se sottoposti al calore una seconda volta, carbonizzano.  Elastomeri: presentano elevata deformabilità ed elasticità.

Alla classificazione standard dei materiali polimerici si affianca la classificazione "commerciale", per la quale si dividono in:



fibre: sono dotati di notevole resistenza meccanica e hanno scarsa duttilità rispetto agli altri materiali polimerici; ciò vuol dire che sono materiali che si allungano poco se sottoposti a trazione e possono resistere a elevati carichi di rottura;

 materie plastiche: formulate a partire da termoplastici e termoindurenti; 

resine: particolari materie plastiche formulate a partire da termoindurenti;



gomme: formulate a partire da elastomeri.

5. CARATTERISTICHE DELLA PLASTICA

Caratteristiche fisiche  solide a temperatura ambiente  ottimi isolanti elettrici, termici ed acustici  basso peso specifico (sono più leggere dei metalli)  grande durata nel tempo e resistenza agli agenti atmosferici  impermeabili a liquidi e gas  le termoplastiche resistono bene agli acidi ma non ai solventi (acetone)  le termoindurenti resistono bene ai solventi ma non agli acidi  accumulano facilmente cariche elettrostatiche  non sono biodegradabili

Caratteristiche meccaniche  buona resistenza agli sforzi (hanno sostituito i metalli in tante applicazioni)  elevata tenacità nelle termoplastiche, per questo spesso sostituiscono vetro e ceramica  discreta durezza (nelle termoindurenti)

Caratteristiche tecnologiche  duttili e malleabili  facile lavorabilità: possono essere plasmate nelle più svariate forme, a bassa temperatura (massimo 150 – 200 °C) con conseguente minore impiego di energia rispetto ai metalli, con un costo di produzione molto basso e minore inquinamento da combustione di petrolio.

 elevata fusibilità per le termoplastiche, bassa fusibilità per le termoindurenti.

6. LAVORAZIONE DELLE MATERIE PLASTICHE

Stampaggio per compressione Lo stampaggio per compressione è un processo di lavorazione impiegato per le materie plastiche termoindurenti (ma talvolta è utilizzato anche per i termoplastici). Nello stampaggio per compressione il polimero, inizialmente in forma di polvere o pellet (pastiglie), viene sottoposto ad elevate pressioni. Il calore che lo stampo trasmette al materiale ne provoca il rammollimento e l’azione della pressione lo costringe a riempire tutte le anfrattuosità dell’impronta.

Stampaggio per trasferimento

Nello stampaggio per trasferimento il polimero viene portato ad una temperatura tale da rammollirsi e al tempo stesso evitando la reticolazione, che viene svolta successivamente, in uno stampo chiuso in cui la massa rammollita viene trasferita (da cui il nome del processo). Dopo indurimento il pezzo viene estratto. E’ possibile una produzione di grande regolarità e di qualità migliore rispetto allo stampaggio diretto.

Stampaggio a iniezione. Nello stampaggio a iniezione la plastica viene fusa nella macchina per lo stampaggio a iniezione e viene poi iniettata ad alta pressione in uno stampo. Il materiale viene qui raffreddato, solidificato e in seguito liberato attraverso l’apertura di due valvole dello stampo. Questa tecnica ha come risultato un prodotto in plastica con una forma fissa prestabilita.

Estrusione. L'estrusione consiste essenzialmente nel forzare per compressione il materiale, allo stato pastoso, a passare attraverso una sagoma ("matrice" o "filiera") che riproduce la forma esterna del pezzo che si vuole ottenere. Se la sezione di questo è cava, sarà presente un'anima che riprodurrà il profilo della cavità interna. All'uscita dalla matrice il materiale viene raffreddato o, nel caso della gomma, sottoposto a vulcanizzazione. Nel caso delle materie plastiche, la compressione del materiale a monte della matrice è ottenuta attraverso una vite senza fine semplice o doppia (vite di Archimede), che spinge il materiale verso la testa di estrusione. Nel caso delle materie plastiche il materiale viene introdotto sotto forma di granuli ("pellet") o in polvere; il calore prodotto dall'attrito con le pareti dell'estrusore e da resistenze elettriche ne causa la "fusione" (nel caso di polimeri cristallini) o il "rammollimento" (nel caso di polimeri amorfi o semicristallini).

Stampaggio a iniezione e sofatura. Durante il processo di soffiaggio, il materiale plastico grezzo viene sagomato in un tubo cavo con un'estremità aperta chiamata parison. Il parison viene premuto in uno stampo di metallo raffreddato e l'aria compressa viene forzata nel parison. Quando la plastica formata si raffredda e si indurisce, lo stampo metallico si apre ed espelle il prodotto. Nello stampaggio a soffiaggio ad iniezione, durante il processo viene utilizzata un'asta di soffiaggio o di anima. Prima viene iniettato un parison in una cavità dello stampo diviso attorno all'asta. Il parison che si forma assomiglia ad una provetta. L'asta centrale trasferisce il parison alla macchina di soffiaggio dove l'aria forzata crea la forma finale. L'asta quindi trasferisce ed estrude il prodotto finito dalla macchina.

Termoformatura. Il processo consiste nel riscaldare una lastra di polimero e di forzarla successivamente secondo il contorno dell’oggetto da produrre. Questo può essere realizzato applicando una pressione, il vuoto o un mezzo meccanico. La termoformatura consente lo stampaggio anche dei sottosquadri o l'inglobamento di particolari metallici come filetti, rondelle o piastre di rinforzo che consentiranno all'oggetto di essere fermamente agganciato o avvitato ad altri componenti totalmente metallici. Sia i sottosquadri che gli inglobamenti di particolari metallici o plastici ad alta resistenza, dipendono dal concepimento dello stampo stesso e dalla sua progettazione che prevede movimenti (come tartarughe) di espansione e contrazione resi possibili da circuiti ad aria.

Calandratura. Consente di produrre lastre, fogli e film di materiali termoplastici. La lavorazione si effettua in macchine (calandre) composte da rulli ad assi paralleli, aventi distanza regolabile, e rotanti a bassa velocità; essa consiste nel far passare la mescola di gomma non vulcanizzata o la materia plastica allo stato pastoso tra le coppie di rulli (similmente alla laminazione dei metalli) per ottenere fogli o lastre dello spessore voluto.

7. USI DELLE MATERIE PLASTICHE

Le materie plastiche sono materiali estremamente versatili ideali per una vasta gamma di applicazioni di consumo e industriali. In linea di principio, le materie plastiche possono essere sviluppate con praticamente qualsiasi combinazione di proprietà per adattarsi a quasi qualsiasi applicazione desiderata. Grazie a queste proprietà, le materie plastiche sono sempre più usate nelle applicazioni seguenti:

 Imballaggi  Edilizia e costruzioni  Mobilità e trasporti  Salute  Elettronica  Agricoltura  Sport e intrattenimento

8. LA PLASTICA NELL’ECONOMIA CIRCOLARE

È difficile immaginare oggi un mondo senza plastica, ma il crescente utilizzo di questo materiale comporta costi enormi per la sostenibilità ambientale e la salute di uomo e ambiente, tanto che da tutto il mondo si cerca di correre ai ripari.

Dal gennaio 2018 le iniziative in questo campo sono inserite nella cornice più ampia dell’economia circolare dalla Strategia europea per la plastca in un’economia circolare. Questa propone «una nuova economia della plastica»,

la cui filosofia di fondo consiste nell’allungarne il ciclo vitale attraverso il riuso e la riparazione, oltre ad accrescerne il riciclo e promuovendo il ricorso a materiali più sostenibili. Investimenti mirati a rinnovare i materiali e le tecniche di produzione determineranno benefici sia per il sistema economico sia per l’ambiente e la qualità di vita.

Il 2030 è indicato nel documento della Commissione come l’anno di riferimento per raggiungere una serie di obiettivi. Ne ricordiamo alcuni:  rendere riutilizzabili o riciclabili in modo sostenibile gli imballaggi di plastica sul mercato europeo;  innalzare la quota di rifiuti di plastica riciclati dal 30% al 50%;

 far crescere il mercato per i prodotti in plastica riciclata o innovativa;  ridurre le emissioni di CO2 e la dipendenza dall’energia fossile grazie ai passi avanti nel riciclo e riuso; 

contrastare la diffusione nelle acque delle microplastiche e diminuire la plastica abbandonata nell’ambiente;

 ridurre il numero di buste di plastica monouso usate annualmente a 90 per persona nel 2019 e a 40 nel 2026.

Il rapporto "Plastics - the facts" mostra che nel 2016 oltre 27 milioni di tonnellate di rifiuti plastici sono stati raccolti attraverso sistemi ufficiali di smaltimento, con un aumento del 5% dal 2014. Di questi 27 milioni, però, soltanto il 31,1% è stato riciclato. Della restante quantità, il 41,6% è stato avviato al recupero energetico e il 27,3% è finito in discarica.

La situazione del riciclo migliora leggermente se si limita l'analisi ai soli imballaggi, che, secondo i dati a disposizione della Commissione europea, costituiscono il 60% dei rifiuti di plastica. Nel 2016 su 16,7 milioni di tonnellate generate di questa tipologia, il 40,9% è andato a riciclo, il 20,3% in discarica e il 38,8% a recupero energetico. Più in particolare, per i rifiuti di imballaggi in plastica, le nuove cifre mostrano che a livello di Unione Europea, su un periodo di dieci anni, il livello di riciclo è aumentato del 79% mentre il conferimento in discarica è diminuito del 43%, portando a un tasso di riciclo globale dell'Ue di oltre il 40% per questo tipo di rifiuti, rispetto al 39,5% del 2014.

9. IL PROCESSO DI RICICLO DELLA PLASTICA

Il processo di riciclo della plastica è suddiviso in 4 fasi:

1) Raccolta della plastica presso i Comuni convenzionati. I rifiuti vengono trasportati dapprima verso i centri di raccolta regionali e in seguito agli stabilimenti per il riciclo. Viene valutata la qualità del materiale da consegnare per la trasformazione. 2) Gli imballaggi - ad esempio bottiglie di plastica, shopper e flaconi del detersivo - vengono inseriti in un impianto di suddivisione e selezionamento. I rifiuti vengono preparati per il successivo processo di riciclo, previa suddivisione per tipo di polimero e per colore. 3) Le bottiglie di plastica vengono lavate in acqua calda per eliminare etichette e eventuali residui di sporcizia. I flaconi di detersivo vengono sottoposti a processi meccanici di eliminazione dei materiali indesiderati. Il materiale consegnato, selezionato e preparato viene inviato al riciclo. 4) Grazie al riciclo si ottiene il materiale finale, o materia prima-seconda. Si tratta di scaglie, granuli e geo-membrana bugnata. Dalle bottiglie di plastica si ottengono scaglie in PET adatte per la produzione di lastre, contenitori, prodotti per l'edilizia, per le auto o per il settore tessile, ma anche per ottenere nuove bottiglie d'acqua. Dai flaconi di detersivo si ricavano granuli destinati alla produzione di tubi e geo-membrana bugnata. Dagli shopper e dagli imballaggi filmati hanno origine scaglie e granuli utilizzati per produrre vasi per fiori, manufatti per l'arredo urbano, nuovi sacchetti e materiali per l'edilizia, come canaline, distanziatori e guaine bituminose.

Riciclo plastica: simboli I principali simboli da individuare per il riciclaggio della plastica sono: 

PET Polietilentereftalato. E’ indicato con la sigla PET o il numero 1.



PE Polietilene. Quello ad alta densità è indicato con le sigle HDPE, PE-HD, quello a bassa densità con LDPE, PE-LD. Il simbolo de riciclo può racchiudere il numero 2 (o 02) per quello ad alta densità oppure il numero 4 (o 04) per il polietilene a bassa densità. PVC Il Polivinilcloruro è indicato con il numero 3 o 03 racchiuso nel



simbolo del riciclo. PP E’ il simbolo del Polipropilene. Può essere segnalato con il numero 5 o

 05. 

PS Si tratta del comune Polistirolo. Segnalato con il numero 6 o 06.



Il simbolo O o il numero 7 (07) può indicare, in modo generico, altre plastiche riciclabili. Questo simbolo si può trovare su plastiche come Fibra di vetro, Nylon, Acido polilattico, polimetilmetacrilato e policarbonato.

Una delle prime difficoltà del riciclaggio è nel fatto che, appunto, non si parla di un materiale da riciclare, bensì molti diversi tra loro: nelle sole bottigliette di plastica se ne ritrovano due, il polietilene teraftalato (PET), utilizzato per la bottiglia vera e propria, e il polipropilene (PP), impiegato invece per il tappo. I diversi materiali devono essere separati e hanno bisogno di trattamenti differenti per poter essere rigenerati.

10. IMPATTO AMBIENTALE DELLA PLASTICA

La plastica è il maggiore fattore di inquinamento del nostro pianeta. Innanzitutto a causa della sua origine, che risiede principalmente nel petrolio, comporta un primo livello di inquinamento dovuto alla sua estrazione,

trasporto e stoccaggio degli idrocarburi; segue il processo di lavorazione del petrolio e della trasformazione in plastica che comporta la produzione di emissioni nocive per la salute e per l 'ambiente; a questi si aggiungono i residui della produzione, di stoccaggio e smaltimento. Ma tutto questo continua anche quando ha esaurito il suo ciclo al servizio dell'uomo perchè la maggior parte delle plastiche non è biodegradabile, quindi se viene abbandonata nell'ambiente vi rimane per parecchi anni.

Impatto sui mari

A partire dagli anni Novanta è stato identificato un ammasso di rifiuti galleggianti costituiti prevalentemente da frammenti plastici di dimensioni inferiori ai 5 millimetri , in una zona estesa di almeno un milione di chilometri quadrati nell'Oceano Pacifico battezzata Pacific Garbage Patch . Si suppone che l'80% dei detriti provenga da terraferma attraverso i fiumi.

L'emergenza riguarda anche il Mediterraneo, in cui si stima che galleggino almeno 250 miliardi di frammenti di plastica, e ovviamente l'Italia con i suoi 7.500 km di coste. Un'indagine di Legambiente con Goletta Verde ha evidenziato che "il 96% dei rifiuti galleggianti nei nostri mari è plastica, con una densità pari a 58 rifiuti per ogni chilometro quadrato di mare con punte di 62 nel mar Tirreno".

La plastica non è biodegradabile ma, esposta alla luce del sole, lentamente si decompone in piccoli frammenti. Sebbene l’inquinamento più vistoso sia quello dovuto a oggetti voluminosi, che soffocano o intrappolano gli organismi marini, quello più subdolo è costituito da particelle di dimensioni inferiori ai 5 millimetri. Le cosiddette microplastiche possono essere scambiate per cibo e ingerite da pesci, molluschi e crostacei, accumulandosi nei tessuti.

I principali oggetti inquinanti trovati sulle spiagge sono bottiglie di plastica, cannucce e prodotti per l'igiene secondo Carsten Wachholz, funzionario per l'economia circolare a EEB.

11. RICICLO PLASTICA: ITALIA UN’ECCELLENZA IN EUROPA

Il riciclo della plastica in...