Titolo della tesi: Study, design & development of compostable and recyclable elastomers with a high degree of innovation, technological content and low environmental impact
L'obiettivo del progetto di Dottorato consiste nello studio e nello sviluppo di un bio-elastomero ad alto grado di innovazione, contenuto tecnologico e a basso impatto ambientale. La ricerca si concentra in particolare nel settore automotive, con focus sugli elastomeri termoplastici, denominati brevemente TPE, per la produzione di o-rings. Il progetto di ricerca si focalizza sull’implementazione di un bio-elastomero, con l’obiettivo di mitigare l'impatto ambientale dei TPE che, essendo convenzionalmente derivati da fonti fossili e venendo scarsamente riciclati a fine vita, presentano un alto impatto ambientale, specialmente legato alla fase di smaltimento.
Il progetto di ricerca nasce dalla collaborazione tra Sapienza Università degli Studi di Roma, Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, e Tresearch S.r.l., una start-up innovativa che opera come partner industriale.
Il primo step progettuale ha previsto lo studio dei materiali bio-based, biodegradabili e compostabili e delle loro proprietà ai fini della definizione delle formulazioni prototipali. Sono state progettate tre miscele, selezionando come fase polimerica principale una matrice di acido polilattico o PLA. È stata valutata l'aggiunta di un plastificante biodegradabile in forma liquida (Acetyl Tributyl Citrate-ATBC) e/o di una fase polimerica secondaria (P3HB4HB-PHACT) per migliorare le proprietà meccaniche del PLA in termini di flessibilità e allungamento a rottura, perseguendo l’obiettivo di sviluppare un bio-elastomero caratterizzato da un completo ritorno elastico. A questo proposito, le tre formulazioni progettate sono state denominate rispettivamente PLA/ATBC, PLA/PHACT, PLA/PHACT/ATBC.
Una volta definite le formulazioni, la fase di compounding dei costituenti delle singole miscele è stata condotta mediante estrusione bivite in scala di laboratorio con estrusore bivite co-rotante, portando alla produzione dei tre materiali in forma di pellet. I tre blend sono stati poi alimentati all’interno di un estrusore monovite in testa piana per la realizzazione delle foglie. Parallelamente ai processi di estrusione, è stata condotta una caratterizzazione dei pellet e dei film: sono state eseguite prove termiche (DSC) e reologiche (MFI, reometro) per caratterizzare i compound sperimentali, nonché prove di trazione sui film per valutare il comportamento elastico dei materiali. In funzione delle performance analizzate, il compound PLA/ATBC è stato identificato come bio-elastomero prototipale.
Infine, per valutare l’impatto ambientale generato dal ciclo di vita del bio-elastomero sviluppato rispetto a quello di un TPE tradizionalmente derivato da fonti fossili (EPDM) è stata condotta un’analisi comparativa del Life Cycle Assessment (LCA). L’analisi si è focalizzata sullo studio del ciclo di vita dei due o-ring attraverso un approccio cradle to grave, in modo da determinare l’impatto ambientale generato dalle singole fasi del ciclo di vita dei due prodotti ed effettuare un’analisi comparativa.