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PET-Re-polymerization Italian Network Compact Extrusion

  • Abstract

    Il progetto PRINCE si propone di sviluppare, prototipare e testare una tecnologia di trasformazione di scaglie lavate e asciugate di rPET da bottiglia direttamente in prodotti finiti, evitando la pre-essiccazione e la granulazione intermedia, e al contempo rigradando il polimero in linea con l’aggiunta controllata di Chain Extender (CE). L’innovazione prevede la progettazione e la realizzazione di una linea pilota integrante diverse innovazioni sviluppate da parte di Nexxus e la cooperazione dei partner per quanto riguarda diversi downstream, l’installazione e il funzionamento della stessa, con la collaborazione tecnica dell’OdR, per la produzione di 5 diversi manufatti industriali: filato/fiocco, lastra/foglia termoformabile, profili di asse da ponteggio, reggetta da imballo e preforme di contenitori per liquidi non food. Le azioni previste nel progetto faciliteranno la formazione di un network di Organismi di Ricerca (OdR) che faccia fronte in forma complementare alle esigenze di ricerca in ambito polimeri termoplastici in generale e PET in particolare.

  • Descrizione

    L’innovazione nel processo di riciclo del PET proposto dal progetto PRINCE a buon diritto è definibile come virtuosa: prevedendo la trasformazione diretta di scaglie da bottiglia non clear (vera frazione competitiva delle scaglie di bottiglia, pari al 65% delle scaglie totali), semplifica il ri-collocamento sul mercato delle scaglie di rPET assicurando il mantenimento di proprietà del materiale assimilabili al PET vergine e il contenimento dei costi associati al processo (basti pensare che spesso l’rPET risulta economicamente più costoso del PET vergine) e apportando le necessarie modifiche del polimero da raccolta post-consumo (si prevede infatti una rigradazione controllata da viscosimetro in linea e aiutata da Chain Extender). Grazie al metodo Twinvex di PRINCE il riciclo del PET da bottiglia post-consumo soddisfa i requisiti combinati di sostenibilità economica ed ambientale, risultando un’innovazione responsabile vantaggiosa anche per la comunità.

  • Approfondimento tecnico

    La tecnica di chain extension (CE) risulta oggi la più economica (investimento, spazio, energia) nonché più semplice da gestire, pur richiedendo la disponibilità di tecnologie che garantiscano (1) Rt piccolo e RTD di processo molto stretto, ed eccezionali capacità di controllo (2) alimentazione di scaglie mediante il metodo di pompaggio a trascinamento garantito dalla pompa a canale rotante RCP/Discoram, (3) degasaggio del melt mediante il sistema generatore di superficie libera del melt Surfactor-Xtender, (4) addizione controllata (cioè ad anello chiuso Mater-Slave) del CE, funzione della viscosità dinamica (o anche di IV) misurata all’uscita mediante viscosimetro in linea. Di seguito vengono descritte le innovazioni introdotte da Nexxus con riferimento alle principali problematiche di processo che penalizzano tutti i processori-estrusori oggi noti: (1) Rt e RTD negli estrusori a vite: nessuno degli estrusori bivite esistenti può vantare un Rt sufficientemente piccolo e RTD stretto (a causa della compresenza di due flussi assiale lungo il filetto e circonferenziale attorno ai masticatori); Surfactor-Xtender viceversa sono in grado di generare un flusso unmixed-cioè a plug flow monodimensionale, grazie al quale tutto il melt viene laminato in un film sottile di spessore controllabile e fatto passare in un rotore a dischi sotto vuoto controllato. (2) Surfactor-Xtender sono concepiti nell’applicazione PRINCE come downstream a valle dell’estrusore di plastificazione (SSE corto.20 L/D che monta una vite speciale Twinverse). Twinverse è una vite speciale (primo deposito brevetto nel giugno 2016 e concessione brevetto Italiano nel febbraio 2019)  la cui novità assoluta consiste nella creazione di una o più sezioni di flusso/riflusso simmetriche e convergenti all’interno del canale della vite, consentendo: a) un flusso monodimensionale b) una progettazione discrezionale dei campi di taglio-allungamento da piccolissimi a molto grandi, c) flusso assiale (back-flow per la prima volta nell’estrusione a vite). I 9 esemplari realizzati finora hanno dato esito altamente positivo anche se confrontati con estrusori bivite corotanti. (3) Alimentazione del PET in scaglie: l’elevata porzione cristallina, l’elevato melting point (>230°C) del polimero e il basso coefficiente d’attrito PET/metallo rendono particolarmente difficoltoso il trasporto per “trascinamento”, delle scaglie nella fase di alimentazione dell’estrusore. Quindi è stata adottata la soluzione della Pompa a Canale Rotante/Discoram, unica pompa al mondo per il trascinamento in pressione di solidi voluminosi a basso coefficiente d’attrito (ultima domanda di brevetto depositata nel 2017), che consente un’alimentazione continua, in pressione del PET in scaglie, alla portata richiesta (30% in più rispetto alla convenzionale tramoggia a vite forzante). (4) Infine il concetto Rheotex, che consente di realizzare l’orientamento trasversale in linea di una porzione delle fibre (di vetro o altro materiale), al fine di produrre lastre rinforzate a orientamento biassiale (es. 50-50 oppure 30-70 ecc.). Attualmente questa possibilità è assente dallo Stato dell’Arte. Essa è molto apprezzata nei campi applicativi (es. auto) dove è importante disporre di buone proprietà meccaniche lungo almeno due coordinate ortogonali, in modo da rendere il comportamento della lastra quasi isotropo, come, ad esempio, accade con i metalli. Rheotex è sinergico con Surfactor-Xtender in quanto quest’ultimo è in grado di “aprire” le fibre di vetro c.d. corte senza ridurre la loro lunghezza originale (tipicamente 3,5-4.5 mm), tenendole quindi molto più lunghe rispetto allo Stato dell’Arte (max 0,5-1 mm), con la conseguenza di rendere possibili nel manufatto moduli elastici più elevati (fino e oltre 10 GPa) o in alternativa consentendo di ridurre il carico di fibre a parità di modulo.

  • Highlight

    Nell’implementazione del progetto i partner utilizzeranno l’approccio della "Quadrupla Elica" che permetterà a tutte le parti interessate di essere maggiormente consapevoli delle sfide e delle esigenze del settore in cui operano, per promuovere un sistema fortemente orientato all’innovazione, in cui i comparti scientifici, produttivi e le collaborazioni tra imprese si integreranno perfettamente in un’ottica rivolta alla domanda e ai potenziali nuovi sbocchi commerciali. Tutto questo senza dimenticare la centralità del ruolo dei cittadini nel promuovere questa transizione e quindi l’importanza fondamentale del coinvolgimento della società civile, senza la quale sarebbe difficile realizzare un cambiamento di paradigma così strutturale e organico. Per questo, le azioni progettuali verranno strutturate in modo da favorire la creazione di ambienti di innovazione aperta, in situazioni di vita reale, nei quali il coinvolgimento attivo degli utenti finali insieme alle imprese, università e pubblica amministrazione, permetta di realizzare percorsi di co-creazione di nuovi servizi e prodotti.

  • Impatto territoriale

    Il progetto PRINCE è potenzialmente adatto a generare importanti impatti sul sistema territoriale di riferimento, quali: 

     

    • Ricaduta occupazionale, (di seguito esplicata)
    • Risparmio energetico: si ritiene plausibile un risparmio energetico >250000 kWh derivante da un risparmio di circa il 30% sul consumo standard, che non è inferiore a 0,6 Kwh/kg (in riferimento a eventuali impianti concorrenziali). A questo va aggiunto inoltre un risparmio nettamente superiore derivante da una scelta impiantistica, ritenuta vincente su tutte le altre scelte note in questo campo. In conclusione riteniamo ragionevole porre il valore di risparmio energetico a circa >300000 kw/h. * Ricaduta tecnologica sull’attività dei partner coinvolti: i Partner Industriali (Nexxus, Soltex, Icma S. Giorgio, Eprotech, Magic MP, RB Engineering) potranno organizzare facilmente attività commerciali basate sulla linea Twinvex-rPET debitamente completata dal downstream di ciascuno. In questo senso esistono lettere di intento per la prosecuzione dell’utilizzo cooperativo dell’impianto a questo scopo anche dopo la conclusione del progetto. 
    • Rete di eccellenza tra i partner: Il progetto PRINCE è idoneo a promuovere una rete di eccellenza tra i Partner Industriali, il coordinatore IIP con l’obiettivo di proseguire lo scambio di informazioni e di servizi per il futuro. Va ricordato inoltre che l'obiettivo prevalente di PRINCE è di ottimizzare l'utilizzo delle scaglie non clear di rPET bottiglia, un aspetto particolarmente attrattivo per i produttori di scaglie, che normalmente incontrano delle difficoltà a collocare per intero i quantitativi disponibili di questo tipo di scaglia (che, come detto, comporta la colorazione finale a nero dei manufatti prodotti, il cui uso è tipicamente confinato agli oggetti industriali) a prezzi remunerativi.

    L’area geografica di localizzazione del progetto che pure intende aver un respiro nazionale, europeo e internazionale, su cui insiste e/o dovrà insistere l’intervento è composta dalle seguenti province: 

    • Bergamo
    • Como
    • Milano
    • Monza e della Brianza
    • Varese

  • Impatto S3

    ECO-INDUSTRIA (AMBIENTE ED ENERGIA)

    AE7 Tecnologie per la gestione, il monitoraggio e il trattamento dell'acqua, dell'aria e dei rifiuti

    AE7.3 Sviluppo di tecnologie e/o sistemi innovativi integrati e intelligenti per la raccolta, la gestione e il trattamento dei rifiuti in ottica green/circular economy

  • Ambito europeo

    Le attività del progetto sono facilmente collegabili a quelle relative al filone dell’economia circolare, in particolare alla call “Greening the economy in line with the Sustainable Development Goals (SDGs)” all’interno del Workprogramme numero 12, “Climate action, environment, resource efficiency and raw materials”.

LOGO DEL PROGETTO
  • PET-Re-polymerization Italian Network Compact Extrusion

  • Acronimo
    PRINCE
  • Ecosistemi
    • Sostenibilità
  • Numero componenti team
    51
  • Keyword
    Trasformazione – PET – Polimeri - Plastica – Manufatti industriali – Impianto pilota – Innovazione - Plastica – Riciclo – Economia circolare – Ricerca – Network - sviluppo sostenibile – Strategia EU 2020
  • Valore economico progetto
    5.234.355,47 €

    Valore economico finanziamento
    2.875.543,79 €
  • Partner
    - I.C.M.A. SAN GIORGIO INDUSTRIA COSTRUZIONI MACCHINE E AFFINI S.p.A. - O.M.G.M. DI BIRAGHI FERRUCCIO & C. S.a.s. - MAGIC M.P. S.p.A. - NEXXUS CHANNEL S.r.l. - SOLTEX S.r.l. - EPROTECH S.r.l. - R.B. ENGINEERING DI BENTOGLIO S.r.l.

    Capofila
    Istituto Italiano dei Plastici Srl
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