Le plastiche high-tech di oggi

Sono un elemento ovvio: tubi e raccordi in plastica per il laboratorio. (Immagine: MCH Messe Schweiz (Basel) AG)

Sono una cosa ovvia: tubi e raccordi in plastica per il laboratorio. (Immagine: MCH Messe Schweiz (Basel) AG)

Anche per le pipette di vetro classiche – qui con un pratico aiuto per la pipettatura – ci sono alternative: non sono molto comuni, ma a volte in laboratorio rappresentano un'opzione robusta, inerte e meno fragile: pipette complete e pipette graduate in plastica. (Immagine: MCH Messe Schweiz (Basel) AG)

È complicato: numerose immagini di strade ingombre di rifiuti hanno portato i plastici a essere considerati una minaccia per una parte significativa della popolazione. Tuttavia, questa è solo una prospettiva. I plastici offrono non solo un ampio spettro di proprietà e possibilità di applicazione, ma possono anche essere riciclati in larga misura – e questo nella pratica aziendale reale.

La visione si orienta verso materiali «verdi»: i plastici high-tech attuali catturano CO2 in tessuti ecocompatibili o aumentano le prestazioni delle turbine eoliche. Le applicazioni mediche sono attualmente particolarmente al centro dell’attenzione: ad esempio maschere igieniche in polipropilene (maschere FFP), indumenti di protezione rivestiti di plastica o cellulosa, siringhe, tubi e componenti di ventilatori.

Tuttavia, sarà decisivo utilizzare la maggior parte possibile dei rifiuti plastici come materia prima secondaria. Non a caso BASF ha già investito un anno e mezzo fa negli specialisti norvegesi di pirolisi e pulizia di materie prime Quantafuel, per riciclare rifiuti plastici misti.

Materiale riutilizzato – quasi come l’originale

Un’idea promettente per il futuro consiste nell’utilizzo di steamcracker per il riciclo dei plastici. In questi impianti ben noti, invece di olio e gas, potrebbero essere usati rifiuti plastici raccolti e selezionati come materia prima, insieme a materiali di scarto di origine biologica (ad esempio carta, legno e abbigliamento). In laboratorio si stanno già producendo materiali per la stampa 3D a partire da carta riciclata e bucce di arancia.

Per l’uso su larga scala degli steamcracker riciclati, una corretta regolazione della temperatura porta al successo (ad esempio, 850 °C, con velocità di riscaldamento specifica per la materia prima). I plastici recuperati possono addirittura avere la stessa qualità di quelli originali raccolti.

Una regolazione sapiente della temperatura permette anche una produzione più flessibile di imballaggi in plastica. Si utilizzano piccoli elementi riscaldanti controllati molto finemente sulla base della tecnologia di rivestimento ceramico, per riscaldare localmente le pellicole di plastica in modo definito.

Riscaldamento puntuale e risparmio di plastica

In concreto, sulla superficie di un substrato in ceramica di circa 1 millimetro di spessore, si trovano circuiti riscaldanti sotto forma di pixel o anelli. Essi trasferiscono il calore a una massa di forma plastica tramite contatto fisico. In una versione moderna, i moduli riscaldanti da 40x40 mm contengono 64 pixel di dimensione 5x5 mm, disposti in un quadrato di 8x8 pixel («cera2heat», Watttron, Freital).

La produzione in serie di questo sistema a matrice ad alta efficienza energetica e regolazione dinamica è prevista per il 2021. La novità: la distribuzione dello spessore della parete di un componente (ad esempio, un bicchiere di yogurt) diventa più omogenea, e si può usare una pellicola di plastica più sottile per lo stesso prodotto finale (risparmio di materiale e costi del 10-30%).

In una seconda versione («cera2seal»), si possono sigillare imballaggi per prodotti sensibili al calore senza compromettere il prodotto (ad esempio cioccolato). Attualmente, questa tecnologia suscita particolare interesse per le buste con beccuccio. Tra l’altro, tali «buste con beccuccio» possono essere realizzate per la prima volta con un solo materiale (ad esempio, per sacche di sangue e applicazioni farmaceutiche).

Il metodo a matrice («cera2heat») può produrre più facilmente e rapidamente blister per l’industria farmaceutica rispetto ai metodi tradizionali con stampi e alto consumo di materiali. Potrebbe anche essere usato per produrre in un unico passaggio imballaggi di forma molto irregolare. In elettronica, questa tecnica di riscaldamento viene impiegata per trasformare circuiti stampati bidimensionali in geometrie tridimensionali stabili.

Tecnologia intelligente per ambienti sterili: il flusso d’aria al centro

Il rivestimento di pellicole di plastica con strati funzionali svolge un ruolo fondamentale, in particolare nel settore fotovoltaico.

Ad esempio: le sostanze funzionali vengono disciolte e il miscuglio liquido risultante viene preparato come una vasca. Le pellicole passano attraverso questa vasca, dove le sostanze funzionali si reticolano in breve tempo e aderiscono al materiale di supporto. Allo stesso tempo, il solvente evapora. In alcuni casi (e in esempi di applicazione reale), queste sostanze possono essere estremamente dannose per la salute e molto sgradevoli da inalare. Per questo motivo, il solvente deve essere aspirato.

Per un processo di questo tipo, è necessaria una tecnologia di ambienti sterili adeguata, qui utilizzando un mini-ambiente. Nell’esempio presentato, si è scelto (contrariamente alla funzione originaria) un flusso d’aria orizzontale (invece di verticale) in accordo con la geometria della pellicola. È stata inoltre adottata una regolazione della pressione, che garantisce, in combinazione con l’aspirazione nella zona critica del rivestimento della pellicola nel mini-ambiente, una differenza di pressione definita rispetto all’ambiente di ± 0 Pa.

Bonifica biologica degli oceani

Così, i plastici sono già oggi altamente performanti e migliorano con ogni innovazione di materiali e processi.

Per eliminare i residui di plastica, idealmente, potrebbero aiutarci piccoli organismi viventi. Si sa, ad esempio, che alcune specie di falene possono digerire il polietilene grazie a batteri che mangiano plastica.

Ora sembra possibile anche rimuovere i plastici già entrati negli oceani. In futuro, potrebbero essere utilizzati impianti di depurazione con alghe geneticamente modificate, come il Phaeodactylum tricornutum. In questi organismi marini, viene inserita la sequenza di istruzioni per l’enzima PTEase, noto per degradare i plastici. Questo enzima proviene da un altro microrganismo: Ideonella sakaiensis. Tuttavia, poiché Ideonella non si sente a suo agio nell’acqua salata, si utilizza la via delle alghe di diatomee. In particolare, questa tecnologia potrebbe essere adatta per rimuovere particelle molto piccole (parola chiave: nanoplastica).

Per scoprire tutte le tendenze illustrate qui, riguardanti i plastici innovativi e i processi di produzione e lavorazione, i visitatori potranno partecipare a questa edizione di Ilmac a Basilea.