U prucessu di fabricazione di plastica bio-poliestere è a so applicazione in imballaggi rispettosi di l'ambiente
U bisognu d'imballaggi cuntinueghja à cresce cù a crescita di l'industrie alimentarie, di e bevande, di i cusmetichi è di a logistica. D’altronde, i plastichi à basa di petroliu sò in primu pianu per via di a so alta impronta di carbone è di a difficultà di gestione dopu l'usu. Un'alternativa chì hè sempre più sviluppata hè a plastica biopoliestere, una famiglia di polimeri poliestere chì e so materie prime sò derivate interamente o parzialmente da fonti biologiche (biomassa), è in certi tipi sò ancu biodegradabili/compostabili. U biopoliestere offre una via di mezu trà e prestazioni di i plastichi cunvinziunali è l'esigenze di sustenibilità, in particulare per l'applicazioni d'imballaggio.
Chì ghjè u biopoliestere ?
Chimicamente, u poliestere hè un polimeru chì hà ligami esteri ripetuti in a so catena principale. U termine biopoliestere pò riferisce à duie cose: (1) poliesteri biobasati, induve i monomeri sò derivati da biomassa cum'è a canna da zuccheru, u granu, a manioca o l'olii vegetali; è/o (2) poliesteri biodegradabili, cum'è u PLA (acidu polilatticu) è u PHA (poliidrossialcanoati). Micca tutti i plastichi biobasati sò automaticamente biodegradabili, è micca tutti quelli biodegradabili sò bioderivati. Per esempiu, u bioPET (polietilentereftalatu biobasatu) pò esse fattu da materie prime rinnuvevuli, ma hè strutturalmente simile à u PET cunvinziunale è generalmente ùn si biodegrada micca cusì rapidamente; mentre chì u PLA hè biobasatu è si decompone relativamente facilmente in impianti di compostaggio industriali.
In u cuntestu di l'imballaggi ecologichi, i più spessu discussi sò PLA, PHA, PBS (succinatu di polibutilene), PBAT (spessu adupratu cum'è una miscela per aumentà a flessibilità, ancu s'ellu generalmente micca cumpletamente biobasatu), è bio-PET per l'imballaggi di buttiglie se l'infrastruttura di riciclaggio di PET hè forte.
Materie prime: da a biomassa à u monomeru
A fase iniziale di a pruduzzione di biopoliestere hè a preparazione di materie prime rinnuvevuli da cunvertisce in monomeri o precursori di polimeri. E fonti cumuni di biomassa includenu:
1. Zuccheru è amidu (canna da zuccheru, granu, cassava): trasfurmati in glucosiu per idrolisi (per l'amidu) è dopu fermentati.
2. Olii vegetali (palma, soia, ricinu): ponu esse cunvertiti per via di reazzioni chimiche in dioli/acidi.
3. Rifiuti lignocellulosici (bagassa, paglia, segatura): più difficiuli perchè richiedenu un pretrattamentu per chì a cellulosa/emicellulosa possi esse scumpartuta in zuccheri fermentescibili.
Da u zuccheru pruduttu da stu prucessu, l'industria pò pruduce monomeri impurtanti:
– Acidu latticu (precursore di PLA) per via di a fermentazione da certi batteri.
– Acidu succinicu è 1,4-butanediol (precursore PBS) per via di fermentazione o vie biochimiche.
– U 3-idrossibutirratu è monomeri simili sò assemblati in PHA direttamente in l'internu di e cellule di i microorganismi.
Prucessu di fabricazione di PLA (acidu polilatticu)
U PLA hè unu di i biopoliesteri i più populari per l'imballaggio perchè hè trasparente, pò esse trasfurmatu cù macchine di plastica simile à e plastiche cunvinziunali, è hè derivatu da fonti rinnuvevuli. A so catena di prucessu include tipicamente:
1. Fermentazione di u zuccheru in acidu latticu
U glucosiu hè fermentatu da microorganismi (per esempiu, Lactobacillus) per pruduce l'acidu latticu. Questa tappa richiede u cuntrollu di u pH, a temperatura, i nutrienti è a purificazione di u pruduttu.
2. Purificazione di l'acidu latticu
Per pruduce polimeri di alta qualità, l'acidu latticu deve esse purificatu da sali, biomassa residuale è altre impurità. A purificazione implica tipicamente filtrazione, scambiu ionicu, distillazione o cristallizazione.
3. Furmazione di lattide
L'acidu latticu hè cundensatu in oligomeri, poi sottumessu à una depolimerizazione cuntrullata per furmà lattide (un dimeru ciclicu). Ci sò parechji isomeri (L-lattide, D-lattide) chì influenzanu a cristallinità è e proprietà meccaniche di u PLA.
4. Polimerizazione à apertura d'anellu (ROP)
U lattide hè polimerizatu aduprendu un catalizatore (spessu à basa di metallu, cum'è l'ottoatu stannoso in certi prucessi industriali), pruducendu PLA à altu pesu moleculare. Un pesu moleculare elevatu hè impurtante per a resistenza è a processabilità.
5. Pelletizazione è cumpusizione
U PLA finitu hè pellettatu. In questa fase, si aghjunghjenu spessu additivi: plastificanti per impedisce a fragilità, agenti nucleanti per regulà a cristallizazione, o miscele cù altri polimeri per migliurà a resistenza à u calore è a tenacità.
Prucessu di fabricazione di PHA (poliidrossialcanoati)
À u cuntrariu di u PLA, chì hè fattu per via di una reazione chimica di monomeri, u PHA hè "pruduttu" da i microorganismi cum'è riserva d'energia in e so cellule. U prucessu hè u seguente:
1. Fermentazione
I batteri sò cultivati cù fonti di carbone (zuccheri, olii, ancu certi rifiuti organici) in cundizioni limitate da nutrienti (per esempiu, limitate da azotu) in modu chì e cellule immagazzinanu PHA.
2. Raccolta è estrazione di biomassa
E cellule sò separate da u mezu di fermentazione, dopu u PHA hè estrattu (cù solventi o metudi senza solventi più rispettosi di l'ambiente), è dopu purificatu.
3. Asciugatura è pellettazione
U PHA hè trasfurmatu in pellet è dopu trasfurmatu in filmi, cannucce o cuntenituri. U PHA hè generalmente biodegradabile, ancu in ambienti marini sottu certe cundizioni, ancu s'è a velocità di degradazione varieghja.
Prucessu di fabricazione di PBS è bio-PET (breve panoramica)
U PBS (succinatu di polibutilene) hè pruduttu per via di a policondensazione di l'acidu succinicu è di l'1,4-butanediol. Quandu i dui monomeri sò derivati da a fermentazione di biomassa, u PBS pò esse biobasatu. U PBS hè cunnisciutu per a so flessibilità è a so resistenza relativamente à u calore paragunatu à u PLA, ciò chì u rende adattatu per sacchetti, filmi è imballaggi multistratu.
U Bio-PET hè tipicamente pruduttu rimpiazzendu una parte di a materia prima PET (per esempiu, l'etilenglicol) cù bio-fonti, mentre chì l'acidu tereftalicu hè sempre spessu basatu annantu à i fossili (ancu s'è e bio-vie versu u tereftalatu sò ancu in corsu di sviluppu). U so vantaghju: hà e stesse proprietà di u PET, ciò chì u rende cumpatibile cù i sistemi di riciclaggio di PET stabiliti.
Furmazione di prudutti d'imballaggio: da pellets à filmi, buttiglie è vassoi
Dopu chì u biopoliestere diventa pellet, a prossima tappa hè u prucessu di cunversione in imballaggi, cumprese:
– Film estrusu (film colatu o film soffiatu) per sacchetti è involucri.
– Termoformatura per fà tazze, vassoi per alimenti è blister.
– Stampaggio à iniezione per coperchi, cucchiai, forchette o certi cumpunenti.
– Stampaggio per soffiaggio per buttiglie (in generale in bio-PET o certe miscele).
Una sfida chjave cù i biopoliesteri hè a stabilità termica è u cuntrollu di l'umidità. U PLA, per esempiu, hè sensibile à l'idrolisi durante a trasfurmazione, dunque i pellet devenu esse asciugati prima di l'estrusione o di u stampaggio à iniezione.
Applicazioni in imballaggi rispettosi di l'ambiente
U biopoliestere hè largamente adupratu in l'imballaggi cù l'ubbiettivu di riduce l'emissioni è/o di migliurà a gestibilità dopu l'usu.
1. Imballaggi di alimenti è bevande
U PLA hè spessu adupratu per bicchieri di bevande fredde, coperchi, vassoi di frutta è imballaggi per insalate per via di u so aspettu chjaru è rigidu. Per l'alimenti caldi, u PLA richiede mudificazioni (per esempiu, una cristallizazione / CPET più alta) per resiste à temperature più elevate.
2. Film è sacchetti cumpostabili
E miscele di biopoliestere biodegradabili (per esempiu, PLA cù PBAT o PBS) sò largamente aduprate per i sacchetti di rifiuti organici è i filmi di pacciame agriculi, postu chì miranu à a capacità di decompone si in l'installazioni di compost o in u terrenu (secondu i standard è a formulazione).
3. Imballaggi cosmetici è prudutti di vendita al dettaglio
U Bio-PET o u PLA sò scelti per buttiglie, vasetti o blister cum'è parte di a strategia di una marca versu materie prime rinnuvevuli. L'estetica è a rigidità sò cunsiderazioni chjave quì.
4. Imballaggio in fibre miste (ibridu carta-plastica)
U biopoliestere pò esse adupratu cum'è rivestimentu nantu à a carta per migliurà a resistenza à l'acqua/oliu. Tuttavia, u cuncepimentu deve tene contu di a riciclabilità o di a compostabilità per evità di creà una mistura cumplessa di materiali difficiuli da separà.
Aspetti ambientali è sfide di implementazione
Ancu s'ellu hè promettente, u biopoliestere ùn hè micca una suluzione unica. Ci sò parechji aspetti impurtanti:
– Infrastruttura di fine vita: u PLA richiede generalmente un compostaggio industriale cù temperatura è umidità cuntrullate. S'ellu ùn hè micca trattatu in l'ambiente, a so degradazione pò esse lenta.
– Riciclaggio: U Bio-PET pò esse riciclatu cù u PET, mentre chì u PLA richiede un flussu di riciclaggio separatu per evità di compromettere a qualità di u PET quandu hè mischiatu.
– Fonti di biomassa è usu di a terra: A selezzione di e materie prime deve tene contu di a cumpetizione cù l'alimentu, l'usu di l'acqua è l'impatti agriculi. L'utilizazione di i rifiuti lignocellulosici hè una direzzione impurtante per una maggiore sustenibilità.
– Proprietà di i materiali: certi biopoliesteri tendenu à esse più fragili o menu resistenti à u calore chè certi plastichi fossili, ciò chì richiede spessu miscele/additivi o una riprogettazione di l'imballaggi.
Penutup
U prucessu di fabricazione di plastica biopoliestere cunnetta essenzialmente trè mondi: a pruduzzione di biomassa, a biotecnologia (fermentazione) è l'ingegneria di i polimeri (polimerizazione è furmazione di prudutti). PLA è PHA dimustranu cumu e materie prime rinnuvevuli ponu esse trasfurmate in plastiche funziunali, mentre chì PBS è bio-PET offrenu opzioni di prestazione più vicine à e plastiche cunvinziunali cù strategie per riduce l'impronta di carbonu o a cumpatibilità di u riciclaggio. Per ottene imballaggi veramente sustenibili, a selezzione di bio-poliestere deve esse accumpagnata da un cuncepimentu di imballaggio adattatu, un sistema di raccolta è opzioni chjare di fine vita, sia u riciclaggio, u compostaggio o altri metudi di trasfurmazione. Cù un approcciu olisticu, u bio-poliestere pò esse una parte chjave di a transizione versu una ecunumia circulare in l'industria di l'imballaggio.
