Polietilene riciclabile per svelare i danni e isolare i cavi
Le materie plastiche utilizzate nei compositi resistenti, nei rivestimenti e negli isolanti elettrici ad alta tensione sono spesso difficili da riciclare in quanto sono progettate per non fondere o fluire una volta polimerizzate: sebbene tale durabilità sia utile nel corso del loro utilizzo, diventa un problema alla fine del ciclo vitale. Il progetto VIT(si apre in una nuova finestra), finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, ha lavorato sui vitrimeri, polimeri che si comportano come i materiali termoindurenti durante l’uso, ma che possono essere rimodellati, riparati o riprocessati quando vengono riscaldati. Il progetto, che si è concentrato sul rendere questi materiali sia funzionali che riciclabili, ha esplorato molecole ottiche in grado di segnalare danni, umidità o infiltrazioni d’acqua, producendo pellicole autodiagnostiche e autoriparanti e testando sistemi a base di polietilene per l’isolamento di cavi ad alta tensione. Il lavoro svolto si inserisce nel contesto di una più ampia ricerca europea sui polimeri termoindurenti riciclabili e sui vitrimeri per applicazioni composite esigenti.
Plastica riciclabile dotata di un sistema integrato di segnalazione dei danni
Uno dei risultati ottenuti è stato un insieme di materiali in grado di segnalare affaticamento, graffi, umidità o infiltrazioni di ossigeno attraverso un cambiamento visibile di colore o di fluorescenza. Roberta Pinalli, coordinatrice del progetto VIT, spiega: «Grazie ai nostri meccanofori, o molecole ottiche, è possibile rilevare a occhio nudo i danni presenti, oppure il passaggio di umidità o ossigeno: crepe, ossigeno o umidità, infatti, provocano un netto cambiamento di colore.» Ciò potrebbe aiutare a rivelare piccoli graffi o microfratture prima che diventino visibili, manifestandosi come danni più estesi. In alcuni sistemi specifici, la risposta ottica potrebbe essere mantenuta o ripristinata in seguito al riprocessamento, facendo avvicinare il concetto dei materiali a quello di riutilizzo-riparazione-riciclaggio.
Isolamento dei cavi e materiali termoindurenti con una seconda vita
I partner di VIT hanno inoltre esaminato applicazioni iniziali più pratiche, tra cui l’isolamento dei cavi ad alta tensione, i materiali compositi e i componenti termoindurenti. Il polietilene reticolato convenzionale è ampiamente utilizzato nell’isolamento dei cavi ad alta tensione; ciononostante, è difficile da riciclare, motivo per cui il progetto VIT ha testato ionomeri a base di polietilene e formulazioni di vitrimero come possibili alternative, dimostrando attraverso lo svolgimento di test un comportamento elettrico paragonabile a quello dei materiali convenzionali. La proprietà più delicata da preservare, dopo la riciclabilità, era la resistenza meccanica. Nei vetrimeri a base di polietilene, spiega Pinalli, «abbiamo osservato un comportamento più rigido in seguito al riciclo», il che suggerisce la possibilità di riprocessare il materiale; tuttavia, la sua risposta meccanica dipende fortemente dallo storico dei processi e dalle condizioni di riciclaggio. Per applicazioni come l’isolamento dei cavi e i materiali compositi strutturali, ciò risulta importante perché i materiali riciclati devono comunque garantire prestazioni prevedibili a lungo termine.
Perché la produzione è tuttora un limite a un maggiore utilizzo dei vitrimeri
Il lavoro realizzato nell’ambito del progetto ha dimostrato che alcuni sistemi specifici di vitrimeri autodiagnostici potevano essere riprocessati almeno quattro volte mantenendo la loro risposta funzionale, sebbene non siano stati testati cicli aggiuntivi. In seguito al riprocessamento, i materiali sono diventati meno elastici e più deboli a livello meccanico sotto certi aspetti, mentre la loro rigidità è rimasta sostanzialmente simile. Su alcuni sistemi a base di polietilene sono stati inoltre dimostrati processi di rilevanza industriale quali l’estrusione reattiva, lo stampaggio a compressione e lo stampaggio a iniezione. L’ostacolo principale resta la trasformazione della chimica di laboratorio in processi produttivi affidabili, come spiega Pinalli in maniera chiara. «Le attrezzature di processo rappresentano l’ostacolo maggiore, perché la lavorazione di un vitrimero è molto diversa da quella di un polimero termoplastico in termini reologici: le viscosità sono significativamente differenti e la viscosità del vitrimero è superiore a quella del termoplastico», da cui si evince che le aziende potrebbero dover adattare parametri quali intervalli di temperatura, protocolli di essiccazione, tempi di permanenza e condizioni di miscelazione. Questi cambiamenti nei processi produttivi rappresentano il ponte di collegamento tra i promettenti materiali termoindurenti riciclabili e i prodotti reali. Il progetto VIT dimostra che i vitrimeri intelligenti possono segnalare danni, supportare la riparazione ed essere riprocessati; la sostituzione dei materiali termoindurenti odierni di bassa riciclabilità, tuttavia, richiederà comunque una convalida a lungo termine, test standardizzati e processi gestibili dall’industria in modo affidabile.
