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BIOTEMA: Università di Pisa e NPB di nuovo insieme per la ricerca di materiali bio-compositi destinati alla produzione di vasi compostabili.

30 Maggio 2022 | Approfondimenti

Nell’ambito dei progetti di Ricerca & Sviluppo, la Nuova Pasquini e Bini S.p.A, dopo la realizzazione dei vasi GEA con materiali derivati da risorse rinnovabili e compostabili, annovera un’altra collaborazione per lo studio di nuovi bio-compositi da poter impiegare per lo stampaggio dei vasi da florovivaismo.
Il 10 febbraio 2022 si è concluso, con interessanti risultati, il progetto BIO-TEMA, cofinanziato dalla Fondazione Cassa di Risparmio di Lucca, iniziato esattamente due anni prima. Il Progetto ha visto la partecipazione della LUCART S.p.A. – azienda cartaria lucchese – in qualità di fornitrice di fanghi cartari e la NUOVA PASQUINI E BINI che ha stampato i vasi compostabili contenenti fino al 30% in peso di fanghi, la cui composizione è stata messa a punto dal gruppo della Prof.ssa Maurizia Seggiani del Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale (DICI) dell’Università di Pisa.
Il progetto si è proposto di realizzare nuovi biocompositi termoplastici a base di biopolimeri quali acido poli lattico (PLA) e poli(idrossibutirrato-co-idrossivalerato) (PHB-HV) e scarti cellulosici derivanti dall’industria cartaria, quali “fanghi cartari” da depurazione chimico-fisica derivanti dal riciclo della carta da macero.
Tali fanghi, classificabili come rifiuti non pericolosi, hanno le potenzialità per essere impiegati con successo, al posto dei tradizionali filler inorganici (CaCO3), nella produzione di bio-compositi termoplastici data la loro peculiare composizione chimica e morfologia fibrosa. La valorizzazione dei suddetti fanghi porterebbe le cartiere a incrementare la produzione di carta riciclata chiudendo il ciclo produttivo con minore impatto ambientale.

Dopo essiccamento e polverizzazione, i fanghi forniti dalla LUCART SPA sono stati impiegati fino al 30% in peso in compositi a base di PLA e di PHB-HV. Nessun problema è stato riscontrato nella fase di estrusione su scala semi-industriale e i test a trazione e a impatto mostrano una performance meccanica adeguata all’impiego finale.
Sulla base dei resultati ottenuti, sono stati selezionati i due compositi a più alto tenore di fango e con buona processabilità i quali sono stati prodotti in forma di granuli mediante estrusione, impiegati nella successiva fase di stampaggio industriale condotta presso la NUOVA PASQUINI E BINI S.p.A. di Altopascio, partner del Progetto.

In particolare, sono stati prodotti vasi modello “ARA” di diametro 18 cm utilizzati per il florovivaismo. Lo stampaggio non ha presentato problemi. I vasi sono risultati flessibili e hanno superato il crash test condotto in loco.

Le prove conclusive, riguardanti il test di disintegrazione in compost secondo la norma ISO16929:2013, condotto su porzioni di vasi stampati prodotti usando i compositi contenenti fango cartario a base di PLA e a base di PHB-HV al 30% fanghi cartari, hanno mostrato che i compositi a base di PLA hanno superato il test a differenza dei compositi a base di PHB-HV, a causa di una minore velocità di biodegradazione che porta a tempi più lunghi dei 3 mesi previsti dalla norma europea del test di disintegrazione. Pertanto, i vasi a base di PLA risultano essere compostabili secondo la normativa europea (EN 13432), e quelli a base di PHB-HV risultano anche biodegradabili nel terreno così da essere anche interrabili assieme alla pianta.
Infine, per validare i materiali – nell’ottica di una possibile applicazione per la realizzazione di vasi da coltivazione – sono stati condotti anche test di fitotossicità sul fango e sui biocompositi prodotti a più alto contenuto di fango. Tale test, basato sull’indice di germinazione (IG) di semi di Lepidium sativum L., ha mostrato che il fango stesso e i compositi prodotti sono non potenzialmente fitotossici; anzi sono stati rilevati, con gli eluati al 100% del fango tal quale, indici di germinazione ben superiori a quelli riscontrati con l’acqua deionizzata e anche fenomeni di radicalizzazione. Ciò è probabilmente legato alla presenza di macro e microelementi utili alle piante quali Calcio, Ferro, Potassio, Rame, Zinco, etc…

Il contesto applicativo esplorato è, pertanto, di forte interesse per la strategia di business delle aziende coinvolte in quanto operanti nel settore cartario (LUCART S.p.A.) e nello stampaggio di vasi (NUOVA PASQUINI & BINI S.p.A.) per florovivaismo. L’impiego dei fanghi come filler per termoplastici può essere, ovviamente, esteso anche a plastiche non compostabili, quali il PE o il PP largamente utilizzati nella produzione di vasi per il vivaismo e florovivaismo in sostituzione di tradizionali filler inorganici quali carbonato di calcio.
Gli interessanti risultati ottenuti con i compositi sviluppati fino al 30% in peso del fango da cartiera in termini di processabilità con matrici compostabili a base di PLA e PHB-HV, di stampabilità (verificata presso la NUOVA PASQUINI & BINI SpA), proprietà meccaniche (tensili e resistenza all’impatto) e di assenza di fitotossicità, sono stati oggetto di un lavoro scientifico su rivista internazionale (open access), di grande divulgazione nel campo dei materiali plastici, condiviso con gli altri due partner del progetto (LUCART S.p.A. e NUOVA PASQUINI & BINI S.p.A.) e con la Fondazione Cassa di Risparmio di Lucca, menzionata in qualità di finanziatore del Progetto:
Gigante V., Cinelli P., Sandroni M., D’Ambrosio R., Lazzeri A., Seggiani M. (2021) “On the Use of Paper Sludge as Filler in Biocomposites for Injection Moulding” Materials 14(10), 2688. doi:10.3390/ma14102688

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