20 maggio 2025 08:52

Si può ridurre l'impatto ambientale e aumentare la riciclabilità dei materiali compositi utilizzati in impieghi gravosi come le pale eoliche o i componenti aerospaziali? A provare a dare una risposta positiva è il progetto di ricerca europeo Estella, basato sulla modifica dei materiali compositi utilizzati in questi ambiti, notoriamente complessi da riciclare per via meccanica.

La ragione è intrinseca al materiale: per garantire elevata robustezza e rigidità, i compositi combinano una matrice polimerica termoindurente con fibre di rinforzo, in genere di vetro o carbonio. Una volta polimerizzata in modo irreversibile, questa struttura reticolata tridimensionale conferisce forza e rigidità ai prodotti, consentendo loro di mantenere la forma, ma è al contempo difficile da recuperare.

"Le tecniche di riciclo oggi disponibili sono generalmente ad alta intensità energetica, quindi costose e non sostenibili, oppure degradano significativamente la qualità, limitando le applicazioni - spiega la coordinatrice del progetto Estella, Laura Matesanz, della Fondazione Cidaut, in Spagna -. Questi approcci, inoltre, si concentrano spesso sul recupero delle fibre pregiate, mentre trascurano la matrice polimerica, limitandone il riutilizzo."

L'idea dei ricercatori è quella di introdurre nella struttura molecolare reti covalenti adattive (CAN, Covalent Adaptive Network) biobased e riciclabili al fine di riprogettare la struttura reticolata dei compositi termoindurenti tradizionali. Si tratta di polimeri in cui i legami covalenti possono rompersi e riformarsi dinamicamente, sotto certe condizioni (calore, raggi UV o variazioni di acidità), conferendo al materiale proprietà di auto-riparazione, adattabilità e riciclabilità.

La prima sfida dei ricercatori è stata incorporare le CAN nelle resine epossidiche per formare le matrici tridimensionali termoindurenti. La reazione chimica di Diels-Alder è stata utilizzata per 'sbloccare' i legami chimici delle CAN e integrarli nelle resine epossidiche. Il passo successivo è stato quello di trovare le fibre biobased più compatibili con le matrici. Dopo aver esplorato una serie di opzioni, sono state scelte le fibre a base di canapa e nanocellulosa.

I compositi così ottenuti sono stati trasformati in una serie di placchette e sottoposti a test per valutare proprietà critiche come la resistenza alla trazione e la flessibilità. Il passo successivo - attualmente in corso - è testare i materiali su prototipi, inizialmente per applicazioni di mobilità ed edilizia. In particolare, le prove vengono condotte su un poggiapiedi per scooter prodotto con un composito di fibre di canapa e su un profilo  finestra che utilizza, invece, fibre di nanocellulosa.

Per identificare le migliori opzioni di riciclo, i ricercatori del progetto Estella stanno adattando tecniche esistenti, sia di tipo chimico che meccanico. "Mantenere le proprietà meccaniche e termiche originali dei materiali riciclati li rende più riutilizzabili, quindi stiamo perfezionando le nostre tecniche di riciclo per conservare le fibre e la matrice polimerica" sottolinea Matesanz.

Un passaggio importante del progetto riguarda l'analisi del ciclo di vita (LCA) delle soluzioni sviluppate rispetto ai processi convenzionali. Saranno anche condotti studi di fattibilità economica, anche sulla scalabilità dei processi di produzione e riciclo.

Finanziato con quasi 5 milioni di euro dalla UE, il progetto Estella coinvolge 13 partner, istituti di ricerca e aziende di otto paesi europei sotto il coordinamento della Fondazione Cidaut. Terminerà a novembre dopo un periodo di ricerca di tre anni e mezzo.

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