Lo sviluppo della tecnologia dei biopolimeri

19 aprile 2023

10:33

Imperativi ambientali come l’ambizione dell’UE di diventare il primo continente a zero emissioni di carbonio entro il 2050 sono importanti per l’industria dei non tessuti e l’introduzione di nuovi materiali richiede il contributo e la collaborazione di ingegneri dei materiali, tessili, chimici e meccanici. Essendo un'area naturale di ricerca applicata per il team multidisciplinare di esperti del NIRI, Steven Neill, direttore tecnologico del NIRI, esamina lo sviluppo della tecnologia dei biopolimeri e mette in evidenza le strutture di laboratorio su scala prototipale che aiutano a rendere nuovi materiali commercialmente fattibili, con un minor rischio finanziario.

La richiesta di ridurre le emissioni di CO2, a livello globale, comprende quelle generate dalla produzione di polimeri, dalla produzione di tessuti non tessuti, dai processi di conversione e assemblaggio dei prodotti e dalle preoccupazioni relative alla fine della vita dei prodotti. Vi è un obbligo crescente per i produttori di concentrarsi su una serie di fattori di produzione. La selezione delle materie prime, il passaggio alle energie rinnovabili e la riduzione del consumo complessivo di energia rappresentano preoccupazioni cruciali. Allo stesso modo, la gestione dei rifiuti pre-consumo durante il processo di produzione, insieme alla spinta a ridurre i processi ad alto consumo di acqua e a gestire meglio la gestione delle acque reflue, rappresentano problemi di produzione urgenti. Oltre alla produzione, i produttori sono sempre più obbligati a considerare il ciclo di vita del prodotto a lungo termine, compreso il riutilizzo; riciclare e reinserire i materiali nel ciclo produttivo o reinserire i materiali nell'ecosistema naturale.

In questo contesto, il passaggio dai materiali derivati ​​dai combustibili fossili a materiali alternativi sta portando a una trasformazione dei non tessuti, ma comporta una serie di sfide, sia che si tratti di adattare nuovi materiali a tecniche di lavorazione convenzionali o di adattare le attuali tecniche di lavorazione a nuovi materiali. La crescita e lo sviluppo dei biopolimeri rappresentano una chiara alternativa alla plastica derivata dai combustibili fossili, applicabile a tutta una serie di settori. Nella loro forma naturale, i biopolimeri sono stati utilizzati nel corso della storia: fibre e leganti naturali, in gran parte di origine animale, vegetale o minerale. Ma guardando ai biopolimeri alternativi, per la formazione di fibre/filamenti, attualmente sono disponibili una serie di opzioni, tra cui:

La tecnologia di formazione del nastro appropriata per ciascuna di queste opzioni varia, ad esempio cardatura, airlaying, wetlaying, meltblowing e spunbonding. Sebbene questi siano tutti processi consolidati, l’introduzione di nuovi materiali in qualsiasi settore o linea di prodotto comporta sfide importanti. Ottenere una lavorazione e una conversione senza problemi di nuovi materiali utilizzando apparecchiature convenzionali è una di queste sfide. L'attuale approccio alternativo consiste nell'adattare le apparecchiature convenzionali per ottenere una lavorazione senza problemi. Qualunque sia la strada perseguita, affinché i nuovi materiali siano commercialmente validi devono soddisfare le specifiche e le esigenze prestazionali dei materiali e dei prodotti che devono sostituire.

Combinare materiali con le proprietà richieste in una miscela che unisce il meglio di entrambi i materiali è un'opzione per superare tali sfide e ottenere le prestazioni desiderate. In alternativa, è possibile aggiungere additivi di processo o prestazionali durante la preparazione delle materie prime o durante la lavorazione. La miscelazione può essere effettuata nella fase di preparazione del polimero (compounding), mescolando diversi tipi di fibre prima della cardatura, airlaying o wetlaying. Nella posa a umido, gli additivi di processo possono essere aggiunti all'impasto liquido delle fibre, mentre i potenziatori delle prestazioni in forme non fibrose come le polveri possono essere aggiunti durante il processo di deposizione delle fibre o nei nastri formati.

Osservando queste opzioni di processo, Neill sottolinea l'importanza dell'investimento del NIRI nella tecnologia di laboratorio: "I laboratori del NIRI sono dotati in modo esclusivo di apparecchiature su scala di prototipazione per valutare la lavorabilità, esplorare combinazioni di polimeri con additivi di lavorazione e prestazioni e per ottimizzare le condizioni di processo per l'estrusione di biopolimeri in filamenti, tessuti non tessuti spunbound e meltblown.