Prodotti tradizionali e innovativi di origine parzialmente biologica a minor impatto ambientale per imballaggi alimentari - Erico Spini, MKT & Application Development Director @RadiciGroup & Nicolangelo Peduto, Marketing and R&D manager @RadiciGroup - Congresso delle Materie Plastiche - Nuovi orizzonti per la salvaguardia dell'ambiente - Polimeri, Bioplastiche e la Valorizzazione del Riciclo - 11 giugno 2015 - MalpensaFiere – Busto Arsizio VA

1. NUOVI ORIZZONTI PER LA SALVAGUARDIA
DELL’AMBIENTE
Polimeri, Bioplastiche e la Valorizzazione del Riciclo
11 giugno 2015
MalpensaFiere – Busto Arsizio VA
PRODOTTI TRADIZIONALI E INNOVATIVI DI ORIGINE
PARZIALMENTE BIOLOGICA A MINOR IMPATTO
AMBIENTALE PER IMBALLAGGI ALIMENTARI
E. Spini, N. Peduto - RadiciGroup
MalpensaFiere – Busto Arsizio VA

2. RadiciGroup : dalla polimerizzazione al compound di
poliammidi e poliammidi speciali
•Interesse crescente per
poliammidi di origine biologica o
parzialmente biologica
•Impatto ambientale da correlare
alle effettive proprietà del
materiale

3. Contenuto da
fonte
rinnovabile
RadiciGroup : diagramma piramidale delle poliammidi di
origine parzialmente o totalmente biologica
Radici Chimica
conoscenza del processo
di polimerizzazione e
flessibilità
++
Radici Plastics
Tecnologia del
compound, prodotti su
misura
Per progettare polimeri
speciali nel rispetto delle
più severe specifiche
tecniche
Costi

4. Undecylenic acid
Castor oil seeds
Schema della produzione di bio-poliammidi partendo dai
semi della pianta di ricino
4
11-amino-undecanoic acid
PA 11
Ricinoleic acid
Sebacic acid
HMDA
PA 6.10 PA 4.10
Decanediamine
PA 10.10

5. Poliammidi per imballaggio flessibile : un settore dove
storicamente vengono impiegate soprattutto PA6 e PA6/66
copolimero come strato barriera
Funzione dei film di PA :
•Ritardare il processo di deterioramento degli alimenti grazie all’
effetto barriera che rallenta di molto la migrazione dell’ossigeno
all’interno delle confezioni.
• Ridurre al minimo la migrazione degli aromi degli alimenti verso
l’esterno e quindi garantire il mantenimento delle proprietà
organolettiche a lungo.

6. Fattori che influenzano la permeabilità dei film di
poliammide
Fattore Permeabilità
Cristallinità
Orientamento
Assorbimento umidità
Aumento temperatura
Densità
Reticolazione

7. Oltre all’effetto barriera vengono richieste :
• Robustezza
Caratteristiche distintive dei film di
poliammide
• Tenacità
• Trasparenza
• Resistenza alla perforazione

8. Valutazione dell’ attitudine di poliammidi di origine
totalmente o parzialmente biologica all’imballaggio
alimentare
Materiali testati :
In collaborazione con il Politecnico di Torino.
Misure di permeabilità all’ossigeno e al vapore acqueo svolte presso
Politecnico di Torino (ad eccezione delle misure su film di PA6 dove
sono stati riportati dati noti di letteratura)
Materiali testati :
• Radilon® S 38FL (PA6 tradizionale per produzione film imballaggio
alimentare)
• PA 610 (contiene 64% di prodotto di origine biologica)
• PA10.10 (contiene 100% di prodotto di origine biologica)
• PA610 Copo (contiene 50% di prodotto di origine biologica)

9. Prova “filmatura” su estrusore a testa piana presso
Politecnico di Torino
Granuli essiccati 8h a 80 °C
Condizioni di prova, V estrusore 15-25 rpm
Tm
(°C)
Cilindro Giunto Testa Calandre
T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) T5 (°C) T6 (°C) T
(°C)
V
(m/min)
PA6 222 250 255 265 265 265 260 70 <1
PA6.10 218 250 260 265 265 270 270 70 1,03
PA6.10 205 225 230 230 235 240 240 70 1,03PA6.10
Copo
205 225 230 230 235 240 240 70 1,03
PA10.10 195 250 250 260 260 295 295 70 <1

10. •Materiali tutti agevolmente trasformabili dopo
ottimizzazione parametri macchina
• E’ stata effettuata una valutazione qualitativa della
trasparenza dei film ottenuti con risultati positivi
Risultati prova “filmatura” su estrusore a testa piana presso
Politecnico di Torino
PA6 riferimento PA 6.10PA6 riferimento PA 6.10
PA 10.10 Copo 6.10

11. Analisi termica su film prodotti tramite DSC e calcolo teorico %
cristallizzazione
T fusione ΔH (J/g) %
cristallizzazione
PA6 film 222 62 27
PA6.10 film 225 56 22PA6.10 film 225 56 22
PA10.10 film 199 60 25
PA6.10 Copo film 206 46 /
% cristallizzazione è calcolata con la seguente formula :
(Densità-Densità fase amorfa)/(Densità fase cristallina- Densità fase amorfa)
Valori non disponibili per PA610 copo

12. Analisi caratteristiche meccaniche film tramite DMA
Come varia E’ al variare di:
1) umidità relativa del campione
30% R.H. a 23°C (solo per copolimero 6.10)
Ambiente
50% R.H. a 23°C50% R.H. a 23°C
75% R.H. a 23°C (solo per copolimero 6.10)
2) Orientazione del campione:
parallelo alla direzione di estrusione
Perpendicolare alla direzione di estrusione

13. PA6.10
Ambiente 50% UR
Parallelo 888 777
Perpendicolare 661 765
1300
1400
PA 6.10
• Il modulo tende a
diminuire, di poco, con
l’aumento del contenuto di
umidità
Analisi caratteristiche meccaniche film tramite DMA
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
amb. 50%
E'(Mpa)a40°C
paral. perp.
• l’anisotropia tende
anch’essa a diminuire
leggermente con
l’aumentare del contenuto
di umidità

14. PA6.10 copo
30% UR Amb 50% UR 75% UR
Parallelo 888 836 653 455
Perpend 661 766 600 442
1000
PA 6.10 Copo
Analisi caratteristiche meccaniche film tramite DMA
• Il modulo tende a
diminuire con l’aumento del
contenuto di umidità
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
30% amb. 50% 75%
E'(Mpa)a40°C
paral. perp.
• l’anisotropia tende
anch’essa a diminuire con
l’aumentare del contenuto
di umidità

15. PA6.10 versus PA610 copo
Ambiente PA610 PA610 Copo
Parallelo 1208 836
Perpendicolare 1107 766
PA 610 vs PA 610 Copo
ambiente
• La PA610 presenta un
modulo alla trazione
superiore alla PA610 Copo
sia in direzione parallela che
perpendicolare
Analisi caratteristiche meccaniche film tramite DMA
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
PA 6.10 610 Copo
E'(Mpa)a40°C
ambiente
paral perp
perpendicolare
• La PA610 è leggermente
più anisotropa

16. Permeabilità 0₂
50
75
UmiditàRelativa(%)
Permeabilità Ossigeno [cm³*mm/m²*day*atm]
PA1010
PA610 Copo
PA610
Al variare della % di UR
Permeabilità Ossigeno ≈ costante PO PA 6.10 > PO cop 6.6/6.10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0
PermeabilitàOssigeno
UmiditàRelativa(%)

17. Effetto dell’umidità relativa sul coefficiente di permeabilità all’
ossigeno
• La PA6 mostra una
migliore barriera
all’ossigeno per valori di
umidità relativa < 45%.
• Le poliammodi a catena
molecolare lunga, a
differenza della PA6,
mostrano un valore di 2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Permeabilitàall'ossigeno
Permeabilità all' ossigeno
[cm³*mm/m²*day*atm]
PA610
PA610 Copo
mostrano un valore di
permeabilità all’ossigeno
costante al variare del
tasso di umidità.
• La PA610 copo mostra un
valore più basso della PA6
per valori dell’umidità
relativa superiori al 45%
0
0,5
1
1,5
2
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Permeabilitàall'ossigeno
UmiditàRelativa(%)
PA610 Copo
PA6
La PA6, assorbendo umidità, subisce un effetto di “plasticizzazione” che porta a un
aumento del volume libero e quindi a una maggiore permeabilità all’ossigeno

18. Assorbimento umidità per diversi tipi di poliammidi

19. 2,50%
3,00%
3,50%
variazionepeso%
cinetica di assorbimento di umidità delle PA
PA 6 film
PA 6.10 film
Cinetica assorbimento umidità per diversi tipi di poliammidi,
23°C, UR50
0,00%
0,50%
1,00%
1,50%
2,00%
0 20 40 60 80 100 120
variazionepeso%
tempo [h]
PA 6.10 film
PA 10.10 film
PA 6.10 copofilm

20. Effetto dell’umidità relativa sul coefficiente di permeabilità al
vapore acqueo di PA610, PA610 copo, PA6
• Al 50% di umidità relativa si
notano valori all’incirca
equivalenti per PA610,
PA610 copo e PA6
PA610 Copo
PA6
Permeabilità Vapore Acqueo
• Al 100% di umidità relativa
il comportamento delle PA
con catene molecolari
lunghe è meglio della PA6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
PA610
WP[gr*mm/m²*day]
100 % UR
50 % UR

21. 3
4
5
6
7
8
9
10
KgCO₂eqv/Kgpolimeri
Global Warming Potential
PA10.10
PA6.10
PA6
PA12
PC
Epoxy Resin
Impatto ambientale
Dati medi da
letteratura
0
1
2
3
PA10.10 PA6.10 PA6 PA12 PC Epoxy
Resin
PA66 PA11
KgCO₂eqv/Kgpolimeri
Epoxy Resin
PA66
PA11
I dati medi di letteratura mostrano valori di GWP inferiori per le poliammidi di origine
biologica a confronto con polimeri di origine fossile. Questi dati si riferiscono alla fase
che va dalla “culla” all’uscita dello stabilimento di produzione.

22. •Attitudine alla trasformazione tramite processo di “filmatura” :
le formulazioni testate di PA10.10, PA6.10 e PA6.10 copo mostrano una buona “processabilità”
dopo ottimizzazione dei parametri macchina.
Il PA610 copo presenta facilità di trasformazione anche per il film in bolla
•Permeabilità all’ ossigeno:
La PA6 presenta una migliore barriera all’ossigeno allo stato secco. Tuttavia, a seguito
dell’assorbimento di umidità, la permeabilità all’ossigeno peggiora mentre rimane all’incirca
invariata per PA610 e PA610 copo. In equilibrio con il 50% di umidità relativa le permeabilità
all’ossigeno della PA6 e PA610 copo sono equivalenti
Conclusioni
•Permeabilità all’acqua :
PA610, PA1010 e PA610 copo presentano minore permeabilità all’ acqua rispetto alla PA6
soprattutto in presenza di valori elevati di umidità relativa
•Trasparenza :
Buon livello di trasparenza per tutte le formulazioni
•Buona resistenza alla perforazione
•Proprietà meccaniche
Vengono confermate le buone caratteristiche tipiche delle poliammidi pur con differenze
significative tra le diverse alternative

23. NUOVI ORIZZONTI PER LA SALVAGUARDIA
DELL’AMBIENTE
Polimeri, Bioplastiche e la Valorizzazione del Riciclo
11 giugno 2015
MalpensaFiere – Busto Arsizio VA
Grazie per l’Attenzione
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