PolyPaper: La plastica di carta

Problematica

  • I materiali polimerici, ed in particolare quelli utilizzati i per il packaging, hanno problemi di sostenibilità ambientale non risolti
  • Questo in particolare perché in moltissimi casi il packaging è realizzato con più di un materiale (cartone ondulato, polistirene espanso, polietilene, ecc.) spesso smaltiti in modo indistinto o dispersi nell’ambiente (microplastiche nel mare)
  • Il packaging del futuro dovrà necessariamente essere monomateriale ed avere un unico canale di riciclo, da sempre il più semplice ed efficace, quello della carta/cartone

Obiettivo

Sviluppare un materiale per l’economia circolare, a base di carta riciclata, di basso costo, ambientalmente sostenibile e riciclabile nella filiera carta/cartone

Brevetti

  • Brevetto italiano n. 102015000028276 “Materiale composito ad alta sostenibilità ambientale”, depositato 26/6/2015, concesso 30/11/2017
  • PCT Application (UE, USA) n. IB2016/053777 “Highly environmentally sustainable composite material”, depositato 24/6/2016 – pubblicato EP 16745832.2 4/4/2018
  • I Brevetti sono stati depositati in cotitolarità tra NextMaterials srl e Politecnico di Milano
  • La proprietà è oggi al 100% di NextMaterials srl
  • NextMaterials è alla ricerca di partner industriali o finanziari per sviluppare e valorizzare il brevetto.

Rivendicazione 1

Composizione termoplastica, idonea a essere sottoposta ai comuni metodi di formatura a caldo, o termoformatura, di materiali termoplastici, contenente una miscela sostanzialmente anidra che comprende:

  • particelle di cellulosa, in combinazione con
  • particelle di un materiale termoplastico comprendente un polimero poliidrossilato idrolizzabile o idrosolubile scelto fra un materiale termoplastico comprendente un polimero a base di polivinilalcol o un polimero a base di polivinilalcol,
  • in cui la cellulosa è presente in una quantità del 30% e/o dal 40 al 60% in peso, detta percentuale essendo computata su 100 parti in peso della combinazione della cellulosa con il materiale termoplastico comprendente un polimero poliidrossilato idrolizzabile o idrosolubile.

Composizione

PolyPaper è prodotto partendo da componenti commerciali facilmente reperibili sul mercato:

  • matrice di polivinilalcool (polvere)
  • carica di fibra di cellulosa da carta riciclata (30-60%)
  • additivi di origine naturale

Viene ottenuto per estrusione diretta della miscela “dry blend” dei componenti di partenza ottenendo:

  • granuli “pellets” da utilizzare con le tradizionali tecnologie di lavorazione dei polimeri (termoformatura, stampaggio a iniezione, ecc.)
  • filamenti per stampa 3D-FDM

Riciclabilità

PolyPaper è solubile in acqua, pur con resistenza maggiore rispetto al cartone ondulato, consentendone la riciclabilità nella filiera carta/cartone. Ha superato Test Method Aticelca MC 501:2017 European Standard EN 13430:2004

Per particolari prodotti PolyPaper puà essere facilmente impermeabilizzato

Proprietà meccaniche

Le proprietà meccaniche di rigidezza (“stiffness”), resistenza (“strenght”) e tenacità (“toughness”)dei tradizionali materiali polimerici possono essere variate una volta ottenuti i manufatti, se non in modo secondario.

Le proprietà meccaniche (rigidezza, resistenza, tenacità) di PolyPaper possono essere modulate variando le percentuali dei componenti:

  • l’utilizzo di percentuali crescenti di fibre di cellulosa consente, rispetto al comportamento della sola matrice, di aumentare di più 2,5 volte la resistenza e di circa 40 volte la rigidità del materiale
  • la tenacità e la capacità di assorbire energia possono essere aumentate modulando gli additivi

Shape Memory Forming

Manufatti realizzati in PolyPaper possono essere messi in forma e stabilizzati mediante trattamento termico. Provini piani ottenuti per stampa 3D possano assumere varie configurazioni

Self Healing

Mediante semplice bagnatura con acqua della superficie di PolyPaper è possibile saldarlo fortemente a:

  • sé stesso;
  • legno;
  • cartone ondulato.

Prove eseguire secondo la Norma ISO 4587 “Adhesives — Determination of tensile lap-shear strength of rigid-to-rigid bonded assemblies” hanno mostrano che il semplice bagnamento con acqua di un’area di 625 mm2 è sufficiente per sostenere una forza di circa 800 N (80 kg)

Hand Smoothing

Uno dei principali limiti della stampa 3D con tecnologia FDM è la qualità superficiale dei pezzi che vengono così realizzati in quanto visibile anche macroscopicamente la sovrapposizione dei diversi piani di stampa.

Oggetti ottenuti con PLA (il materiale più utilizzato per la stampa FDM) possono essere levigati solo meccanicamente con grande difficoltà. Quelli ottenuti con ABS possono essere trattati in atmosfere gassose particolari e di complessa gestione.

Un grande vantaggio dell’uso di PolyPaper nella stampa 3D è legato alla facilità con cui un oggetto può essere levigato dopo essere stato stampato, mediante semplice strofinamento con un panno (o anche con le mani) bagnato con acqua o miscela acqua/alcool

Contatti

info@nextmaterials.it – (+39)3468506457

Pubblicazioni

Del Curto, Barbara, Barelli, Nadia, Profaizer, Mauro, Faré, Silvia, Tanzi, Maria CristinaI, Cigada, Alberto, Ognibene, Giulia, Recca, Giuseppe (2016). Poly-paper: a sustainable material for packaging, based on recycled paper and recyclable with paper. JOURNAL OF APPLIED BIOMATERIALS & FUNCTIONAL MATERIALS, vol. Vol. 14, 490-495