Ricercatori tailandesi hanno aperto la strada alla conversione delle bottiglie di latte in HDPE di scarto in compositi ad alta rigidità, utilizzando il rinforzo PALF per un aumento del 162% della resistenza alla flessione e del 204% del modulo. Questo riciclo ecologico aumenta le proprietà meccaniche sequestrando il carbonio, presentando un percorso promettente per materiali sostenibili.
Per raggiungere gli obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite riducendo la produzione di nuovi materiali plastici e utilizzando fibre naturali provenienti da rifiuti agricoli, questa ricerca affronta il potenziale del riutilizzo delle bottiglie per il latte in polietilene ad alta densità (HDPE). L'obiettivo è creare compositi ad alta rigidità e ad alta temperatura di distorsione termica (HDT) attraverso l'upcycling.
La matrice composita utilizza polietilene riciclato ad alta densità (rHDPE) ottenuto da bottiglie di latte usate, mentre i riempitivi rinforzanti derivano da foglie di ananas di scarto e comprendono sia fibre (PALF) che materiali non fibrosi (NFM). La ricerca è pubblicata sulla rivista Polymers .
Per preparare questi compositi, viene utilizzato un miscelatore a due rulli per miscelare rHDPE con NFM e PALF, garantendo un allineamento ottimale dei riempitivi nel preimpregnato risultante. Successivamente, il preimpregnato viene stratificato e compresso in fogli compositi. L'incorporazione di PALF come riempitivo rinforzante gioca un ruolo fondamentale nel migliorare in modo significativo la resistenza alla flessione e il modulo del composito rHDPE.
Un risultato particolarmente degno di nota si osserva con un contenuto di PALF del 20% in peso, che porta a un impressionante aumento del 162% della resistenza alla flessione e un notevole aumento del 204% del modulo rispetto al rHDPE puro.
Sebbene il composito rHDPE/NFM presenti anche proprietà meccaniche migliorate, anche se in misura minore rispetto al rinforzo in fibra, entrambi i compositi presentano una leggera riduzione della resistenza agli urti. In particolare, l’aggiunta di NFM o PALF aumenta sostanzialmente la temperatura di distorsione del calore (HDT), elevando i valori HDT a circa 84°C e 108°C per i compositi rHDPE/NFM e rHDPE/PALF, rispettivamente. Ciò è in netto contrasto con l'HDT di 71°C del rHDPE puro.
Inoltre, le proprietà complessive di entrambi i compositi vengono ulteriormente migliorate migliorando la loro compatibilità attraverso l'uso di polietilene modificato con anidride maleica (MAPE). L'esame delle superfici di frattura da impatto su entrambi i compositi rivela una maggiore compatibilità e un chiaro allineamento dei riempitivi NFM e PALF, evidenziando le prestazioni migliorate e la compatibilità ambientale dei compositi prodotti da plastica riciclata rinforzata con riempitivi di scarto di foglie di ananas.
Le proprietà meccaniche migliorate, in particolare la resistenza alla deformazione a temperature normali o elevate, aumentano la fattibilità dell'utilizzo del prodotto con un peso ridotto o un design più sottile. Questo è fondamentale per applicazioni come le parti automobilistiche.
Questa ricerca sottolinea la promettente strada dell’utilizzo di materiali di scarto per lo sviluppo di compositi sostenibili, contribuendo all’obiettivo più ampio di ridurre l’impatto ambientale nell’industria della plastica. Contribuisce inoltre alla rimozione del carbonio sequestrando il carbonio nei prodotti durevoli.
Il professore associato Kheng Lim Goh, consulente tecnico dello studio PALF-HDPE, considera il riciclo delle bottiglie di latte in HDPE con fibre di foglie di ananas un progresso significativo. È entusiasta del fatto che questo approccio trasformi abbondanti rifiuti in materiali compositi HDPE ad alta rigidità con proprietà meccaniche migliorate, promettenti per vari settori, tra cui quello biomedico e automobilistico.
Tuttavia, per mantenere una catena di approvvigionamento PALF sostenibile per la produzione di HDPE ad alta rigidità che possa essere applicata rapidamente e su larga scala, i coltivatori di ananas devono prepararsi e adattarsi agli effetti del cambiamento climatico, tra cui precipitazioni irregolari, temperature estreme, siccità, erosione del suolo, erbe infestanti invasive e parassiti durevoli.
Sia gli agricoltori che gli esperti di colture dovrebbero utilizzare le informazioni provenienti dalle proiezioni climatiche, dai modelli economici e colturali e dai dati empirici sul campo per identificare in che modo le colture di ananas possono resistere alla siccità e all’umidità inadeguata del suolo. Devono inoltre esplorare opzioni alternative per sostenere la produzione di ananas per garantire una fornitura coerente di PALF per la produzione di materiali compositi HDPE ad alta rigidità.
Ulteriori informazioni: Taweechai Amornsakchai et al, Riciclo di bottiglie di latte in HDPE in compositi ad alta rigidità e HDT con materiali di scarto di foglie di ananas, Polimeri (2023). DOI:10.3390/polim15244697
Fornito dall'Università di Newcastle a Singapore
