E’ l’ora del “PET leggero”

Figura 1
La macchina per lo stampaggio delle preforme con la tecnologia di inietto-compressione.

Il termine PET, com’è noto, è l’abbreviazione utilizzata per indicare un particolare tipo di resina termoplastica che appartiene alla famiglia dei poliesteri. Nonostante il nome chimico completo sia abbastanza complicato (“polietilene tereftalato”) il PET è un materiale molto comune e assai utilizzato in ambito alimentare: nel 2010 il 40% dei contenitori per bevande nel mondo è stato realizzato in PET. Con 1 tonnellata di PET è possibile produrrecirca 50.000 contenitori ogni ora, consumando mediamente 600 kWh; nel processo vengono inoltre impiegati materiali diversi, per esempio oli idraulici, difficili da smaltire, e, in caso di contenitori per bevande (succhi di frutta, latte, ecc.) sono richiesti anche processi di sterilizzazione che necessitano di maggior energia oltre che dell’utilizzo di acqua e di altre sostanze chimiche. Poiché si prevede che nei prossimi anni la diffusione di tale materiale crescerà ancora, sono allo studio progetti e attività per ridurre l’impatto ambientale legato alla produzione e all’utilizzo dei contenitori in PET. Una delle iniziative più importanti, denominata “Light PET”, progetto è realizzato con il contributo dello strumento finanziario LIFE dell’Unione europea, è stata sviluppata da SIPA S.p.A. in collaborazione con il consorzio Proplast, con l’obiettivo principale di realizzare un nuovo impianto/processo (al momento “sperimentale”) di produzione di contenitori (bottiglie) in PET per alimenti a basso impatto ambientale.

Quante innovazioni in un prototipo

Il nuovo impianto, progettato sia per la produzione di preforme sia per lo stampaggio “stretch-blow” (processo di soffiaggio), è entrato in funzione nel mese di aprile 2014 presso lo stabilimento produttivo di Vittorio Veneto di SIPA. Maria Teresa Scrivani, ricercatrice senior, del Consorzio Proplast, spiega: «Gli obiettivo del progetto erano chiari. In primis, SIPA voleva che fosse ridotto il consumo di PET, o meglio, diminuita la quantità di PET da utilizzare nei contenitori; quindi, sostanzialmente, il nuovo impianto avrebbe dovuto produrre contenitori di uguali dimensioni e caratteristiche di resistenza, ma di peso inferiore. Contemporaneamente avrebbe dovuto soddisfare l’esigenza di utilizzare maggiormente PET riciclato e, soprattutto, di diminuire i consumi energetici di produzione». Per conseguire tali ambiziosi obiettivi sono state messe a punto varie innovazioni che hanno trovato spazio sul nuovo impianto installato presso SIPA, permettendo così di trasformare il PET vergine in bottiglie in condizioni meno “pesanti” rispetto al normale. Tra le novità più significative, è importante mettere in evidenza l’ottimizzazione del metodo produttivo passando da un tipico processo a “due step” a un processo a “unico step”. Cerchiamo di spiegare in maniera sintetica: normalmente le bottiglie in PET vengono realizzate stampando dapprima una preforma per iniezione che poi viene utilizzata su una macchina detta “soffiatrice” in cui il PET fuso è messo in pressione e fatto fluire a una temperatura superiore a quella di transizione vetrosa. Durante quest’ultima fase, il PET viene “stirato” e prende forma di bottiglia. L’intero processo è detto “bistadio”, in quanto prevede due fasi (stadi): la realizzazione della preforma, che in genere è eseguita da aziende terze, e il soffiaggio della bottiglia vera e propria, che è realizzato dalla stessa azienda che successivamente imbottiglia l’acqua minerale o altro liquido. In questo processo è necessario eseguire un raffreddamento delle preforme, dopo la produzione delle stesse, e un successivo riscaldamento prima del soffiaggio. Scrivani precisa: «Il processo studiato presso SIPA, invece, permette di eseguire il processo in un unico stadio. La preforma viene realizzata non con il consueto processo di stampaggio a iniezione, ma con l’innovativo processo di inietto-compressione che consente di ridurre la temperatura e la pressione utilizzate, e poi viene indirizzata direttamente alla macchina soffiatrice, dopo un breve riscaldamento, molto meno impattante in termini energetici rispetto a quello del processo bistadio, necessario per conferire alla preforma il profilo termico idoneo alla soffiatura.  Si tratta di una vera e propria rivoluzione, in quanto la riduzione del processo da due a uno stadio equivale a un notevole risparmio di energia elettrica.

Figura 2
Il cuore del progetto LIGHT PET: la ruota di stampaggio a 72 impronte che effettua il processo di inietto-compressione.

Ma non è tutto: «Il PET – riprende Maria Teresa Scrivani – è un materiale piuttosto critico da lavorare, in quanto la sua umidità interna può provocarne il degrado durante il processo di estrusione. Ciò significa che prima di essere fuso, il PET doveva essere sottoposto a un’essiccazione spinta con un gravoso dispendio di energia. Nel nuovo impianto messo a punto presso SIPA, invece, la particolare estrusione è realizzata per mezzo di un sistema a vite speciale che “stressa” il materiale in maniera assai ridotta, il che concretamente significa che può essere lavorato anche a tassi di umidità maggiori rispetto a quelli teorici, quindi con minore necessità di essicazione». Tutto ciò equivale ad abbassare ulteriormente il consumo di energia elettrica, con grande risparmio in termini di costi di produzione e di impatto ambientale.  Scrivani: «Stiamo in ogni caso compiendo ulteriori studi per verificare la cosiddetta “forchetta applicativa”. Vogliamo cioè appurare fino a che punto è possibile “lasciare umido” il materiale plastico e risparmiare energia senza perdere in qualità fisiche e meccaniche delle bottiglie realizzate. In ogni caso, i risultati già ottenuti dimostrano che il risparmio energetico è sostanziale». Il risultato è doppiamente rilevante perché il particolare processo “a basso stress” permette non solo di risparmiare energia, ma anche di diminuire la quantità di materiale per realizzare le bottiglie in punti “strategici”. Maria Teresa Scrivani chiarisce: «La tendenza “verde” del mercato è ormai da qualche anno molto chiara: ridurre l’inquinamento ambientale e realizzare prodotti sempre più “sostenibili”. Nel caso in questione, ciò significa fabbricare bottiglie sempre più leggere e con minore percentuale di plastica. Togliendo “troppo” materiale, tuttavia, la bottiglia rischierebbe di non possedere le adeguate caratteristiche meccaniche necessarie per essere utilizzata. Per esempio, se non del tutto piena d’acqua, potrebbe non essere nemmeno afferrata perché la pressione delle dita potrebbe accartocciarla oltre misura. Grazie al sistema “Light PET” di SIPA, invece, la diminuzione di materiale può essere “localizzata”, cioè imposta solo in alcune aree “strategiche” della bottiglia, principalmente sul fondo e sul collo della stessa, quindi senza alterarne le caratteristiche meccaniche complessive». Un’ultima importante innovazione riguarda infine la natura completamente “elettrica” del sistema “Light PET”. Scrivani osserva: «Nel nuovo impianto è stato abbandonato l’utilizzo di olio idraulico in favore di un processo ad aria compressa, il che consente un ulteriore risparmio energetico; in tal modo, inoltre, vengono evitati problemi di inquinamento relativi allo smaltimento degli olii esausti».

Un futuro “light”

Figura 3
La ruota del nuovo forno con anelli ceramici in fase avanzata di montaggio.

Il nuovo impianto per la produzione di bottiglie in PET è entrato in funzione da pochissimo e nonostante sia in realtà solo un prototipo, ha permesso di raggiungere già alcuni risultati notevoli, come spiega Maria Teresa Scrivani: «Si tratta di un prototipo perché in realtà non conosciamo ancora del tutto le potenzialità di una tecnologia del genere. Dopo le prime produzioni di prova di SIPA, il laboratorio Proplast provvederà all’analisi delle bottiglie, della loro resistenza meccanica, testerà il risparmio energetico al variare dei tassi di umidità, ecc. Insomma, abbiamo davanti un lavoro intenso, in cui sarà importante capire il comportamento dell’intero sistema al variare dei diversi parametri, dopodiché cercheremo di capire fino a che punto sarà possibile spingere le prestazioniin termini di risparmio energetico e di materiale. Inoltre, cercheremo di tarare i parametri in modo da favorire l’utilizzo di PET riciclato, dato che le nuove norme permettono di produrre bottiglie utilizzando percentuali superiori al 10%, e di diminuire quello vergine, con conseguente minimizzazione del consumo di risorse naturali. Possiamo comunque dire che i primi risultati sono assai incoraggianti e ci invogliano a proseguire su questa strada».Maria Teresa Scrivani conclude: «L’obiettivo finale sarà quello di ridefinire gli standard di produzione delle bottiglie in PET riducendo al massimo consumi energetici, sprechi, e utilizzo di oli inquinanti, e realizzando produzioni di serie da 50.000 bottiglie/preforme all’ora».

PET nel mondo

Zoppas Industries S.p.A. (San Vendemiano, TV) è la società di controllo di un gruppo industriale che opera nel settore degli elementi e dei sistemi riscaldanti, delle macchine per la produzione di contenitori in plastica, della progettazione e della produzione di stampi per preforme e contenitori in PET, delle linee complete di imbottigliamento, canali caldi ed elementi riscaldanti. Il gruppo, in particolare, sviluppa attraverso SIPA (Società Industrializzazione Progettazione e Automazione) S.p.A. di Vittorio Veneto (TV) macchine e stampi di iniezione e soffiaggio destinati alla produzione di preforme e contenitori in PET per il settore delle bevande, alimentare e della cosmetica/detergenza, linee complete chiavi in mano, sistemi “hot runners”. Il gruppo si avvale di 11 stabilimenti produttivi localizzati in 8 Paesi nel mondo.

Proplast, al servizio della plastica

Il Consorzio Proplast (Rivalta Scrivia, AL) nacque nel 1998 con lo scopo di sostenere le imprese del settore materie plastiche in attività di ricerca applicata, di innovazione tecnologica, di selezione e formazione di risorse umane. Nel corso degli anni il consorzio ha riscosso il favore da parte di aziende, associazioni, enti locali e università – in particolare il Politecnico di Torino –, e attualmente conta centinaia di soci rappresentativi dell’intera filiera delle materie plastiche.

Figura 4
Dettaglio della fase di raffreddamento preforme. Nel processo in linea del progetto LIGHT PET, completo della parte di soffiaggio, il raffreddamento non verrà attivato.

Proplast è oggi un vero e proprio “polo d’innovazione” che raggruppa i servizi in quattro grandi aree: 1) consulenze tecniche e prove di laboratorio nell’ambito della caratterizzazione di materiali e manufatti nonché delle tecnologie di trasformazione; 2) sviluppo di ricerca applicata con materiali polimerici, con coinvolgimento delle aziende in progetti di ricerca finanziati; 3) ricerca e selezione di personale per l’individuazione di profili tecnici specifici del settore; 4) formazione attraverso corsi di aggiornamento professionale, corsi aziendali “su misura”, seminari e convegni, ecc. Gli ultimi due punti sono curati dalla società Plastics Academy. Proplast opera in diversi settori industriali (automotive, biomedicale, elettrico, elettronico, dell’imballaggio, ecc.) e punta con forza su tre tematiche principali: ingegneria di prodotto, ingegneria di processo, ingegneria dei materiali. Nell’ambito del progetto “Light PET” il consorzio Proplast si sta occupando della “validazione” del processo SIPA e dei relativi risultati attraverso analisi dei materiali, del ciclo vita dei prodotti, delle performance, dei parametri dell’impianto in lavorazione, ecc.

Vittorio Pesce

Il progetto è realizzato con il contributo dello strumento finanziario LIFE dell’Unione europea.

 

 

 

 

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