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Le bioplastiche nel settore packaging
Un tema di attualità
ed una nuova opportunità
per lo sviluppo del settore
1Relatore: Davide Pollon
Biopolimeri / BioplasticheI biopolimeri rappresentano un’ area con grande possibilità di sviluppo perché uniscono elevate :
Potenzialità tecniche
Ecosostenibilità,
• dal punto di vista delle materie prime e/o
• del loro recupero a fine vita.
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BiopolimeriCause dell’interesse crescente per i biopolimeri
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problematichelegate al recupero di
rifiuti
possibile incremento significativo dei prezzi dei
prodotti petroliferi
loro utilizzo favorito o reso obbligatorio
per legge
Principali Sistemi di Produzione di Biopolimeri
1. Utilizzare polimeri naturali che possono essere modificati, ma rimangono sostanzialmente immutati (ad es. polimeri da amido)
2. Produrre per fermentazione biomonomeri che vengono successivamente polimerizzati (ad es. PLA, PP, PE, ecc..)
3. Produrre biopolimeri direttamente in microorganismi (ad es. PHA).
Biopolymers / Biobased Polymer
Polimeri naturali•Starch plastics
• Cellulosic plastic
• Soy‐based plastic
Biomonomeri•PA 11
•Polylactic acid, PLA
• Polyethylene, HDPE, LDPE
•Polyhydroxy
alkanoates, PHA
• Polyhydroxybutyrate
co‐valerate, PHBV
• Polyhydroxybutyrate
‐co‐ hexanoate, PHBH
• Aliphatic
polyesters
• Aliphatic‐
aromatic
polyesters
• Polyester‐
amides
• Polyvinyl
alcohols
• PTT
•PA copolimeri
• Biobased
Polyurethane
• Biobased
epoxy
• Blends etc…
Microbialsyntetized
Petro‐basedsyntetic
Petro‐Bio(mixed) Sources
Renewable Resource‐based
Mercato BiopolimeriOggi il mercato dei biopolimeri è ancora un mercato di nicchia,
principalmente ristretto al mercato del packaging e dell’agricoltura e
valutato attorno allo 0,4‐0,5% del consumo totale delle materie plastiche
ma con un tasso di sviluppo elevato secondo molte ricerche di mercato* .
In alcune applicazioni per agricoltura e imballaggio, l’utilizzo di biopolimeri consente anche vantaggi economici (film pacciamatura, waste collection, food packaging, ecc.)
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* Freedonia Group del 13% anno fino al 2013, Ceresana Research del 17,8% anno fino al 2018, BCC Research del 34,3% anno fino al 2016
Le bioplastiche sono in grado di rispondere alle esigenze del mercato?
Processing
Performance
Prezzo
Possibili problematiche con le attrezzature esistenti
Limitazioni riguardanti alcune caratteristiche (meccaniche,
termiche)
Valore aggiunto ma costi più elevati rispetto a quelli dei polimeri
tradizionali
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Linee di sviluppoSono in corso da diversi anni due importanti linee di ricerca per i biopolimeri:
1. Sviluppo formulativo• che consenta l’ottimizzazione di biopolimeri per specifiche applicazioni,
in linea con quanto è avvenuto con i polimeri “tradizionali”.
2. Sviluppo di biomonomeri • per la produzione di polimeri “tradizionali” da risorse rinnovabili.
3. Riduzione costi, attraverso • miglioramenti delle linee di produzione e/o • ricercando accordi con le industrie agricole per produrre biopolimeri o
biomonomeri a prezzi competitivi (Bioraffinerie).
Altre linee di ricerca riguardano temi tipici di tutti i polimeri:
• Processabilità, finiture superficiali, durabilità e fine vita
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Biomonomeri
Il vantaggio,rispetto agli altri biopolimeri, è che i prodotti ottenuti
Rimangono da valutare i tempi di realizzazione di alcuni di questi progetti.
Come si può notare dagli esempi riportati, al momento non sono previste alternative basate su risorse rinnovabili per monomeri aromatici.
possono sostituire gli analoghi materiali tradizionali già presenti sul mercato.
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Biomonomeri
Monomero Società Fonte Sviluppi Polimero
etilene
Braskem zucchero 200. 000 t/a bioPE
Jv Dow/Crystalev zucchero 350.000 t/a bioPE
Solvay bioetanolo 60.000 t/a bioPVC
Propilene Braskem zucchero 30.000t (2013)
1‐3 propandioloJv DuPont/ /Tate&Lyle
zucchero 45.000 t/aPolioli,
intermedio biopoliesteri
1‐4 bio BDOj.v. Novamont/
GenomaticaPrevisto 20.000 t entro fine 2012
Intermedio per Biopoliesteri
1,4 BDO BioAmberAcido
succinicoPreviste 23.000
t/aPBS
butadiene Genomatica pilota elastomeri
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BiomonomeriMonomero Società Fonte Sviluppi Polimero
Monomeri metacrilici
Röhm Haas/Ceres bioetanolo PMMA
Acido acrilico Jv Cargill/NovozymesZucchero→
3HPAIn sviluppo Fibre, MP, vernici
Acroleina, acido acrilico
ArkemaGlicerolo da
biomasse
Acido sebacico DuPont In sviluppo Intermedio PA
Acido succinico*
Bioamber glucosio3000 t/a Francia
35000 t/a CanadàIntermedio PBS, PU, PA
Jv DSM/Roquette (Reverdia)
AmidoPilota 2009
10.000t 2012 (Italia)
intermedio
Basf/Purac Impianto 2010 Intermedio
* Altre ricerche da Myriant Technology, Mitsubishi Chemical
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Biomonomeri
Monomero Società Fonte Sviluppi Obiettivo
Polioli
Bayer Oli monsaccaridi Intermedio PU
Dow soybean oil Intermedio PU
DSM Soybean oil Schiume, coating
Cargill soybean oilIntermedio PU
(schiume)
Urethane Soy System Co
Soybean oil Schiume, adesivi…
Vertelius Castor oil PU coating
Basf Castor oil Intermedio PU
Mitsui Castor oil Intermedio PU
Sviluppo applicazioniNel settore tradizionale dell’imballaggio, si stanno sviluppando nuovi processi, resi possibili dalla ottimizzazione dei biopolimeri.
Ad esempio sono stati recentemente immessi sul mercato:• Film coestrusi in TPS, che consentono l’ottimizzazione
dell’imballaggio attraverso l’utilizzo di film di diversi biopolimeri.
• Schiume in PLA a più bassa densità, con l’utilizzo di additivi (chain extender) che consentono di aumentarne la melt strength o di stereocomplessi
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Raccolta Trattamento del mais per estrarre l’amido
Destrutturazione dell’ amido per ricombinazione con un poliestere biodegradabile
AMIDOAMIDO
Amido
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L’amido è un carboidrato (polisaccaride) presente in numerose piante (mais patate, grano, ecc.), largamente disponibile in natura.
Usi alimentariUsi NON alimentari
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Amilosio a): polisaccaride lineare;Amilopectina b): polisaccaride ramificato
a)
b)
Il rapporto tra i due composti varia in funzione del tipo di pianta
AmidoL’amido è presente sotto forma di granuli
discreti per i forti legami intermolecolari
tra i gruppi idrossilici.
E’ necessario quindi distruggere questa
struttura supermolecolare per poter utilizzare l’amido come materiale termoplastico, attraverso diversi tipi di reazione.
Nella maggioranza dei casi, l’amido viene poi miscelato con altri polimeri per ottenere materiali facilmente processabili.
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Polimeri da AmidoCome conseguenza, i polimeri da amido possono essere molto differenti:
1. Polimeri da amido puro (usati come filler);2. Polimeri da amido parzialmente fermentato (es. destrina);3. Polimeri da amido destrutturato;4. Polimeri da amido modificato (sostituzione gruppi ‐OH con
gruppi esteri o eteri);5. Polimeri da amido in blend con altri polimeri (poliesteri,
PCL, CA, PVOH). I blends ottenuti possono variare da plastici flessibili come PE a plastici rigidi come PS.
Questa situazione rende molto difficile fare un paragone tra i diversi gradi o dare indicazioni delle proprietà. Le differenze tra i diversi tipi sono estremamente elevate.
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Principali produttoriProduttore Prodotto Capacità Produttiva
Attuale [ton]Obiettivo futuro
[ton]
Novamont (I) Mater‐Bi 60.000 80.000
Biotec (D) Bioplast 15.000 50.000 200.000
Biop (NL) Biopar 17.000 65.000 (2012)95.000 (2015)
Rodenburg (D) Solanyl 40.000
Végéplast (F) Végémat 10.000 50.000
Plantic (AU) Plantic 5000 10.000
Cardia Bioplastics (AU)
Cardia compostable ? 10.000‐15.000
N.B.: Cereplast produce una serie di blends di Biopolimeri basati su amido ottenuto da diverse fonti
Polimeri da AmidoIl 75% dei polimeri da amido viene utilizzato nel packaging ed il 25% in agricoltura
La quota dei polimeri da amido rispetto al totale dei biopolimeri era molto elevata fino a qualche anno fa con punte in Europa sul 75 ‐ 80% ma è in diminuzione, in particolare con la prevista espansione di biopolimeri da biomonomeri
Una interessante applicazione dell’amido è l’utilizzo come filler nella produzione di pneumatici (parziale sostituzione del C black). I benefici riguardano riduzione del rumore, e minor attrito con conseguente riduzione dei consumi.
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Proprietà polimeri da amido
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E/IM IM EBM/IM IM EBM/IM IM
Densitàg/cm3 1,28 1,28 1.28 1.28 1,4
MFR g/10’ 9 4,5 3 2.5 0.8
Modulo* Traz. MPa 240 800 1100 1300 1500 2050
Resist. Traz. MPa 16 16 19 20 22 30
Allung.
Traz.% 600 210 160 80 110 7
Punto fusione °C 136 146 150 147
* Con l’utilizzo di fibre naturali si possono raggiungere valori di modulo più elevati
Altre Proprietà Polimeri da AmidoBassa barriera al vapore
Sensibile al contatto con H2O
Ottima resistenza ad oli e grassi
Le proprietà barriera sono molto variabili in funzione della formulazione.
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Processabilità polimeri da amidoPreessicamento:• non necessario se il materiale è conservato in sacchi
originali.
• Nel caso di necessità di essiccamento usare 4 ore a 70°C.
Materiale sensibile alla degradazione termica ( N.B. in funzione del tipo). E’ quindi consigliabile adottare condizioni che riducano questo fenomeno:• un profilo di temperature della vite il più basso possibile
• tempi di stazionamento bassi
• giri vite: bassi
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Processabilità polimeri da amido in blendConsigliato un profilo vite tipo LDPE
Per quanto riguarda gli stampi sono consigliati agenti distaccanti o di protezione stampo e la presenza di sfiati per favorire il degasaggio. E’, inoltre, possibile l’uso di canali caldi.
N.B. Gli altri parametri di processo (pressione e velocitàiniezione, pressione mantenimento…) sono fortemente legati al tipo di polimero, è quindi opportuno chiedere ai fornitori.
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Processabilità polimeri da amido in blendRecentemente la Novamont ha messo a punto un MaterBi che può essere usato per processi di coestrusione per la produzione di film multistrato
Ciò permette di migliorare molte caratteristiche selezionando i diversi materiali utilizzati per gli altri strati.
Ad esempio:• Saldatura in linee FFS
• Proprietà meccaniche, resistenza alla punturazione ed alla lacerazione
• Barriera
• Proprietà superficiali ed estetiche25
Proprietà filmBassa brillantezza, ma discreta trasparenzaSaldabilità su loro stessi o con altri biopolimeri, simile a quella del PE ed effettuabile alla stessa velocità(Novamont)Stampabilità eccellente. Secondo Novamont è possibile usare inchiostri ad acqua o a solventi senza trattamento corona (surface tension > 38 dine/cm)Adatto per FFS (Form Fill Seal)Idoneo al contatto con alimentiPossibile laminazione su carta (a caldo, con colle, per spalmatura, extrusion coating o laminazione)Possibile laminazione od extrusion coating
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Vaschette espanse in polimero da amido Un applicazione molto importante è quella delle vaschette in espanso.
• Sono morbide e flessibili con una densità di 80‐120 g/l.
• Il confezionamento può essere realizzato con macchine standard
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Vaschette espanse TPS
28L. Garavaglia AIM Polimeri da fonti rinnovabili Bologna 2005
“
29L. Garavaglia : AIM Polimeri da fonti rinnovabili Bologna 2005
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32D.Castellanza: AIM Polimeri da fonti rinnovabili Bologna 2005
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Conversione del glucosio in acido lattico
per fermentazione
Polimerizzazione dell’ acide lattico
Trattamento del mais per estrarre
l’amido
Destrutturazione dell’amido per dare
glucosioRaccolta
Acido Polilattico ‐ PLA
PLAuno dei primi biopolimeri prodotti commercialmente, è disponibile da diversi produttori• dotato di versatilità applicativa con prestazioni
paragonabili a quelle dei polimeri petrolchimici (PP, PS, ecc…)
• E’, tuttavia, un materiale fragile, con una bassa resistenza alla temperatura e bassa melt strength
• facilmente riciclabile con diverse tecniche (meccanico, chimico).
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Biodegradabilità manufatti in PLA
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Il PLA è compostabile, ossia biodegradabile in condizioni di compostaggio:
temperatura di 50 ÷ 60 °Cin presenza di elevata umidità e di microrganismiin un tempo di 45 ÷ 90 giorni
A temperatura ambiente e al di fuori delle condizioni di compostaggio,
il PLA è chimicamente e fisicamente resistente alla degradazione, come le materie plastiche tradizionali (PE, PP, PS, PET, ecc...)
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Principali produttori
Produttore Prodotto Capacità Produttiva [ton]
Obiettivo futuro[ton]
NatureWorks LLC Ingeo 140.000 450.000 (2020)
Mitsui Lacea 20.000 (2005)
Hisun Biomaterials Revoda 5.000
Futerro** Futerro pla 1.500 (2010) ?
Unitika* Terramac compounding
Teijin*** Biofront 200 10.000 (2020)
Pyramid Bioplastics Pyramid 60.000
Synbra (captive use) 5.000 50.000
* Unitika è un compounder ** jv Total e Galactic *** stereocomplesso
Produttori Semilavorati
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Semilavorato Produttore
Fibre
Kanebo Gohsen
Teijin
Unitika
Film
Polyfilm (Biophane)
Plastics Supplier (Sidaplax) EarthFirst Film
Mitsubishi (Ecoloju)
Unitika (Terramac)
Tohcello (Palgreen)
Bi‐ax International (Evlon)Taghleef Ind. (Nativia)Huhtamaki (Bioware)
SKC (Skywel)
Lastre Kanebo Kasei
Produttori di film di PLA
Alcune società (Alcan, Cofibox, Celplast, Taghleff,
Huthamaki) producono film metallizzati o rivestiti con
ossidi metallici (tecnologia al plasma), con migliorate
proprietà barriera
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PLA per coating ed adesivi
E’ stato recentemente messo a punto, da una collaborazione tra Toyobo e Purac, un PLA amorfo e biodegradabile (Vyloecol), solubile in molti solventi
Viene venduto come granulo o film da utilizzare come• materiale per rivestimenti o
• adesivo per laminazione di film nel settore dell’imballaggio.
L’utilizzo di questo materiale consente di realizzare imballaggi totalmente da risorse rinnovabili
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Proprietà tipiche del PLA• Densità 1,25 g/cm3
• Trasparente, con elevata lucentezza
• Ottima resistenza agli UV
• Ottima barriera a odori ed aromi moderata a O2, CO2, acqua,
• Saldabile con diverse tecniche (a caldo, con ultrasuoni, con RF)
• Scarsa resistenza a solventi, acidi e basi, buona a molecole alifatiche (oli)
• Utilizzabile a contatto con cibi
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Proprietà PLALe proprietà possono essere modulate usando la forma racemica o copolimerizzando l’acido lattico con altri monomeri
proprietà meccaniche Resistenza a trazione 50 – 60 MPa
Modulo a trazione 3500 – 4000 MPa
Allungamento 1 – 5 %
Izod 12 – 20 J/m
proprietà termicheTg ~ 60°C, Tf 160‐180°C,
Vicat 65°C; HDT B 50‐55°C
Al di sopra dei 60°C tende a degradare in presenza di umidità42
Punti critici PLALa scarsa resistenza termica• che rende impossibile il suo impiego per uso con bevande
calde, microonde, e per lo stiro (irononig), possibili deformazioni dei manufatti nel trasporto
La fragilità• che crea problemi anche nella filmatura e termoformatura
(rotture nel taglio, nel rifilo, ecc.)
La bassa melt strength• che crea problemi anche nella filmatura in bolla e nei processi
di foaming
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RESISTENZA TERMICAIl PLA cristallizza molto lentamente
è quindi difficile incrementare il livello di cristallinità alle velocitàconvenzionali di processo.
come conseguenza la resistenza termica rimane bassa (attorno ai 60°C).
La resistenza termica del PLA standard può essere migliorata:accelerando la velocità di cristallizzazione con agenti nucleanti
con aggiunta di fibre naturali
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Proprietà TERRAMAC TE‐7300 (UNITIKA)
Bassa melt strengthL’utilizzo di chain extender:
Nel caso di estrusione di film in bolla• facilita il mantenimento della bolla e la possibilità di
aumentarne il diametro,
• aumenta la velocità di estrusione.
• ha come effetto collaterale una leggera diminuzione della trasparenza
Nel caso della schiumatura, • facilita la formazione di celle piccole e di superfici più
lisce con una riduzione in peso del 10‐15% 46
K.Jacobs,D. Haff Bioplastics Magazine 03/08, n3, pag 34
Possibili applicazioni PLA
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Settore % oggi % 2020
Imballaggio 70 20
Agricoltura 1
Trasporti 0 20
E/E 1 10
Fibre, tessuti 28 50
Totale 100 100
Fonte: Utrecht University, Fraunhofer ISI
PLA essiccamentoNel caso la resina sia rimasta fuori dall’imballaggio originale è necessario essiccarla preventivamente.
• Si possono usare i deumidificatori per PET con modalità analoghe, ma a temperature di 70‐80°C per 6 ore o più
È consigliata una • umidità massima di 250ppm, • anche se, per sicurezza, è preferibile un livello di 100‐
150ppm . • Nel caso siano previsti tempi lunghi di stazionamento
tale valore va ridotto a 50ppm.48
PLA ‐ Processabilità ‐Stampaggio ad iniezione
I tipi standard richiedono • temperature di stampaggio di 180 ‐ 200 °C (T max
240°C) e
• temperature dello stampo di 10 ‐ 30°C
I tipi resistenti al calore, rispettivamente • temperature di stampaggio di 190 ‐210 e
• temperature dello stampo di 100 ‐ 110.
Il ritiro molto basso rende difficile l’uso di stampi per PO
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Film in PLAIl PLA è particolarmente interessante per l’applicazione nel
settore film per la sua
rigidezza, trasparenza e brillantezza
paragonabili a quelle del PET e del PS.
Ha un alto peso specifico nei confronti del polipropilene
Molto polare: senza strato saldante (tie layer) non aderisce a
film di PE o PP
Utilizzabile a contatto con cibi
Haze 4,2; gloss 12550
Film in PLAI film presentano ottima saldabilità con diverse tecniche (a caldo,con ultrasuoni, con RF)
Per la stampa flexo e roto si possono usare inchiostri e adesivi tradizionali.
I film hanno un eccellente comportamento alla torsione ed alla piega permanente (twist e dead fold properties), simili a quelle della carta.
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Film in PLAUn fattore limitante attuale è la scarsa resistenza termica che pone problemi per lo stoccaggio ed il trasporto e limita il numero delle applicazioni.
I problemi di resistenza alla fessurazione, che possono presentarsi in alcune applicazioni, possono essere ridotti con l’utilizzo di modificanti all’impatto
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Film in PLA
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Film in PLAVengono utilizzati sia per l’imballaggio alimentare che per beni durevoli, come top di vaschette espanse e finestre per buste.
La barriera può essere molto migliorata ricorrendo• Al rivestimento al plasma con ossidi di Si o Al
• OTR 8‐20 cc/m2/d; WVTR ≤ 6‐8 g/m2/d
• Alla metallizzazione con Al
• OTR 6‐12 cc/m2/d; WVTR 3‐ 6 g/m2/d
Possono, anche, essere facilmente accoppiati anche con altri materiali
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Produttori film PLANel 2010 la Taghleff Industries ha iniziato in Italia la produzione di diversi tipi di BOPLA multistrato (marchio Nativia).
In particolare:• Il grado NZSS ha uno strato di alluminio depositato
sotto vuoto. Questo materiale ha una eccellente barriera all’ossigeno al vapor d’acqua
• Il grado NBSS è stato studiato per subire un successivo trattamento superficiale (metallizzazione o coating)
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TermoformaturaUno dei maggiori settori applicativi del PLA è
rappresentato da confezioni termoformate per prodotti
alimentari per:
• La facile processabilità che rende possibile effettuare la
termoformatura sia in‐line che off‐line
• Le proprietà che sono molto simili a quelle del PET e
del PS
Il PLA si termoforma bene sulle linee di termoformatura
esistenti per PET e PS
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Vaschette in schiuma ‐ PLACaratteristiche:• Densità 400 g/l (PS schiumato 50 g/l)
• Buona rigidità (resistenza meccanica 30N PLA vs 40 PS)
• Ottima saldabilità
• Nessuna alterazione in presenza di umidità o acqua
• Massima temperatura di utilizzo e immagazzinamento di 45°C
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Confezionamento foam PLA
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Buona rigidità e caratteristiche
meccaniche permettono
confezionamenti con macchine per
strech film
Resiste all’ umidità e ai liquidi
rilasciati dal prodotto confezionato
Diversi formati
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Applicazioni PLA
L. Boisiers AIM Polimeri da fonti rinnovabili Bologna 2005
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Applicazioni che prevedono film sottile < 40 micron
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Imballaggio rigido ‐ Senza barriera
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Imballaggio rigido ‐ Senza barriera
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Imballaggio rigido ‐ NON alimentari
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Vassoi espansi
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R.Pianesani AIM Polimeri da fonti rinnovabili Bologna 2005
Contenitori per Orto ‐ Frutta
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Vassoi per Gastronomia
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Catering
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Batterio « Ralstonia eutropha »
Fermentazione degli zuccheri in polimero
38-48 ore
Stoccaggio dei biopolimeri come riserva di carbonio e di energia
Rottura delle cellule, separazione, concentrazione,
estrazione con solvente, essiccamento
Prodotti in PHA
Poliidrossialcanoati ‐ PHA
PoliidrossialcanoatiI poliidrossialcanoati sono dei poliesteri alifatici prodotti direttamente in microorganismi
per fermentazione del substrato di carbonio, che viene utilizzato come riserva di energia di sostanze naturali nel citoplasma delle celle,
Al termine della reazione di fermentazione (da 38 a 48 ore), le celle vengono concentrate, purificate ed estratte con
solvente caldo.
Il PHA deve poi essere recuperato dalla soluzione.
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Poliidrossialcanoati
Possono essere prodotti, in base al tipo di microorganismo ed alla materia prima• come omopolimeri (poliidrossibutirrato) o
• come copolimeri, es. poli(idrossibutirrato‐co‐idrossivalerato) o poli(idrossibutirrato‐co‐idrossiesanoato)
Le proprietà dipendono dal contenuto di comonomeri.
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Poliidrossialcanoati
Sono polimeri semicristallini con qualitàpotenzialmente molto interessanti.
Oggi sono disponibili a prezzi ancora elevati ed in quantità ridotte.
Sono in corso diversi investimenti che dovrebbero portare ad una più vasta disponibilità ed ad una sensibile riduzione dei costi. L’obiettivo dei maggiori produttori è di scendere a 1 – 1,5 $/lb
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Produttore ProdottoCapacità
Produttiva [ton]Obiettivo futuro
[ton]
Telles (Metabolix) Mirel 50.000 500.000 (2020)
Meredian (tecnologia P&G) (USA) ? ? 15.000 (2009) ?
PHB Industrial (BR) Biocycle 15.000
Biomer (D) Biomer ?
BioMatera (CDN) BioMatera PHA 1000 50000
Kaneka (J) PHBHx 1.000 (2010) 50.000
Mitsubishi Gas Chemical BioGreen 10 ?
Tianan Biologic Material (RCH) Enmat 2.000 10‐50.000
DSM‐Tianjin Green Bioscience ?
Shenzen Ecomann Biotechnology Co EM 5.000 50.000 (2012)
Principali produttori
Proprietà dei copolimeri (3HB‐co‐3HV)
Proprietà PHBPHBV
(10% HV)PHBV
(20% HV)
Punto di fusione, °C 180 140 130
Resistenza a trazione, MPa 40 25 20
Modulo a flessione, MPa 3500 1200 800
Allungamento a rottura, % 8 20 50
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C.Bastioli Handbook of Biodegradable Polymers Rapra 2005, p.189
Transizione Vetrosa e Fusione a Temp. simili a PP
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Proprietà P (3HB) PP PET PA66
Temp. Fusione (°C) 180 176 267 265
Trans. Vetrosa (°C) 4 -10 60 50
Cristallinità (%) 60 - 80 30 - 70 30 - 50 40 - 60
Densità (g/cm3) 1,250 0,905 1,385 1,14
Ass. Umidità (% peso) 0,2 0,0 0,4 4,5
Modulo di Young (GPa) 3,5 1,7 2,9 2,8
Res. Trazione (MPa) 40 38 70 83
All. a Rottura (%) 8 400 100 60
Altre Proprietà
Insolubile in H2O
Può essere utilizzato a caldo, anche per liquidi caldi (HDT >120°C) per la sua resistenza alla degradazione idrolitica
Alta resistenza a solventi, oli, grassi
Scarsa a basi ed acidi
Alta resistenza UV,
Buona stampabilità (printability)
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Possibili applicazioni PHA
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Settore % oggi% 2020Mirel
Imballaggio 80 20
costruzioni 20
Agricoltura 20 20
Trasporti 0 10
E/E 0 20
Fibre, tessuti 0 10
altri 10
Totale 100 100 PRO-BIP 2009
PHA ProcessabilitàSi può trasformare con le tipiche tecnologie dei termoplasticiNello stampaggio ad iniezione è consigliata una vite per PE I granuli debbono contenere lo 0,1% di umiditàLa temperatura di degradazione è vicina a quella di fusione, quindi è consigliabile • evitare pressioni di iniezioni e velocità della vite troppo
elevate. • evitare tempi di stazionamento elevati
La temperatura dello stampo può essere elevata fino a 60°C
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Film di PHAI film con spessore da 25µ a 375µ si possono produrre in linee convenzionali.*
Buona saldabilità
Generalmente hanno WVTR migliore di quella di altri biopolimeri
Le caratteristiche meccaniche sono simili a quelle del film di PE:
• Resistenza alla trazione da 11 a 25 Mpa, Moduli da 400 a 1000 Mpa
* Nel caso di film cast sono consigliate temperature rulli e calandra intorno 80°C per favorire la cristallizzazione
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Altri policondensati
Come già detto, grossi gruppi stanno lavorando per produrre policondensati biodegradabili e policondensati da biomonomeri:
• Poliesteri
• Poliammidi
• Poliuretani
• Monomeri
In caso di successo questi biopolimeri potranno sostituire del tutto gli equivalenti polimeri da monomeri petrolchimici.
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Poliesteri da Monomero Bio‐based
POLIMERO MONOMERO MONOMERO
tipo marchio produttore Da risorse rinnovabili fossile
Polibutilentereftalato vari BDO PTA/DMT
Politrimetilentereftalato, PTT
Biomax, Sorona
DuPont PDO PTA/DMT
Polibutilen succinato, PBS Bionolle1000
Showa Denko
BDO Acido succinico
Polibutilen succinato, PBS Bicosafe Xinfu BDO Acido succinico
Polibutilen succinato, colattato, PBS
GSPla Mitsubishi Chemicals
BDO Acido succinico Acido lattico
Polibutilen succinatoadipato, PBSA
Bionolle3000
Showa Denko
BDO Acido succinico Acido adipico
Polibutilen succinatotereftalato, PBST
Biomax DuPont BDO Acido succinico PTA/DMT
Polietilenadipatotereftalato
Ecoflex BASF BDO Acido adipico PTA/DMT
82PDO: 1,3-propandiolo, BDO: 1,3-butandiolo, PTA: acido tereftalico, DMT: dimetiltereftalato
Blends copoliestere alifatico‐aromatico/PLALa Basf ha presentato anche dei blend del suo copolimero alifatico aromatico con PLA (Ecovio) per specifiche applicazioni.
Una versione con rapporto 1:1 è utilizzabile per la produzione di film soffiati. Può essere trasformato in linee standard per PE
Una seconda versione con rapporto 25/75 è stata studiata per la produzione di manufatti espansi per l’imballaggio. E’utilizzabile una linea per l’espansione di PS rigido.
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Proprietà blend copoliestere alifatico‐aromatico/PLA
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Proprietà Test Ecovio L BX 8145 LDPE
Densità [g/cm3] ISO 1183 1,24‐1,26 0,922‐0,925
MFR [g/10min] ISO 1133 < 2,5 0,6‐0,9
Punto fusione [°C] DSC110‐120
140‐155111
Shore D ISO 868 59 48
Vicat [°C] ISO 306 68 96
LDPE: Lupolen 2420F
Proprietà film soffiato (50 µ)
Proprietà Test Ecovio LBX 8145 Lupolen 2420 F
Trasparenza [%] ASTM D1003 58 89
Modulo trazione [MPa] ISO 527 750/520 260/‐
Res. Trazione [MPa] ISO 527 35/27 26/20
Res. Rottura [MPa] ISO 527 35/27
All. rottura [%] ISO 527 320/250 300/600
Energia rottura [J/mm] DIN 53373 38 5,5
Permeabilità:
Ossigeno [cm3/(m2d. bar)] DIN 53380 600 2900
Vapor d’acqua [g/m2. d] DIN 53122 92 1,7
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Conclusioni 1
Oggi già esistono dei biopolimeri in grado di sostituire con successo le materie plastiche tradizionali. Per alcuni prodotti le condizioni di processo debbono essere ottimizzate in funzione delle loro proprietà di processabilità.
Si stanno sviluppando nuovi gradi di biopolimeri con performance migliorate che possono ampliare il mercato di questi materiali nel settore dell’imballaggio.
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Conclusioni 2
In prospettiva con un possibile aumento dei prezzi dei
prodotti petroliferi, con l’ottimizzazione dei processi e
con un adeguato scale‐up i biopolimeri potrebbero
diventare competitivi anche dal punto di vista
economico.
Lo sviluppo dei biopolimeri richiede un adeguamento
delle tecniche di compostaggio e un ripensamento
delle problematiche di riciclo dei polimeri87
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Grazie per la vostra Grazie per la vostra
attenzioneattenzione