Effetto della polimerizzazione in fase solida sullo sviluppo della struttura delle fibre nello spinning a fusione del PET riciclato meccanicamente

Trasformare i rifiuti di bottiglie in nuove fibre resistenti

Le bottiglie di plastica per bevande sono ovunque e la maggior parte è fatta di PET, un materiale versatile ma resistente alla degradazione naturale. Molta di questa plastica finisce in discarica o nell’ambiente. Questo studio esplora se le vecchie bottiglie in PET, dopo un semplice riciclo meccanico, possano essere valorizzate in fibre industriali robuste e affidabili — come quelle usate per cinture di sicurezza, geotessili e tessuti industriali — in modo che la bottiglia di ieri possa diventare in sicurezza il filato tecnico di domani.

Perché il PET riciclato spesso non basta

Quando le bottiglie in PET vengono riciclate meccanicamente, vengono raccolte, pulite, macinate in fiocchi e rimelte in nuovi pellet. Questo processo è più economico e semplice rispetto al riciclo chimico, ma il calore e l’umidità coinvolti danneggiano silenziosamente le lunghe catene del PET, spezzandole in pezzi più corti. Questo danno riduce una misura chiave chiamata viscosità intrinseca, che gli scienziati usano come indicatore della massa molare e, in definitiva, della resistenza. Di conseguenza, il PET riciclato meccanicamente (mr‑PET) è generalmente adatto per usi di minor valore, ma fatica a raggiungere la resistenza e la durabilità richieste per le fibre industriali.

Rinforzare le catene polimeriche con calore controllato

Per riparare quelle catene accorciate, i ricercatori hanno impiegato un processo chiamato polimerizzazione in fase solida (SSP). Invece di fondere la plastica, hanno riscaldato i pellet di PET a temperature superiori al punto di transizione vetrosa ma inferiori al punto di fusione, mantenendoli per diverse ore in un reattore rotante sotto vuoto. In queste condizioni, le estremità delle catene polimeriche si ricongiungono lentamente, allungando la catena senza il grave degrado che può verificarsi nel processo a piena fusione. Il team ha testato una gamma di temperature (220, 230 e 240 °C) e tempi (6, 12 e 18 ore) sia su PET vergine (v‑PET) sia su mr‑PET. Hanno quindi misurato la fluidità in fusione, la viscosità delle soluzioni e i cambiamenti della massa molare per valutare quanto bene le catene fossero state ricostruite.

Trovare il punto ottimale per il riciclo

Le analisi hanno mostrato che sia la lunghezza delle catene sia la cristallinità — quanto ordine assume la struttura polimerica — aumentavano con temperatura e tempo di SSP. Tuttavia trattamenti più lunghi e caldi implicano anche maggior consumo energetico e produzione più lenta. I ricercatori hanno identificato 230 °C per 6 ore come un compromesso pratico: in queste condizioni il mr‑PET ha raggiunto una viscosità intrinseca di circa 1,1 dL/g, il livello spesso mirato per fibre industriali ad alta resistenza, mantenendo tempi di processo ragionevoli. In questo settaggio la massa molare media del PET riciclato si è avvicinata molto a quella del PET vergine trattato allo stesso modo, sebbene il materiale riciclato contenesse ancora tracce di impurità derivanti dalla sua precedente vita come bottiglie.

Spinning rapido per costruire la struttura

Successivamente il team ha fuso sia i pellet trattati sia quelli non trattati ed estruso attraverso fori sottili per formare filamenti, che sono stati tirati via ad alta velocità — un metodo noto come melt spinning. Variando la velocità di take‑up da 1000 a 4000 metri al minuto, hanno potuto controllare quanto i filamenti fusi venivano stirati mentre si raffreddavano. Mediante analisi termiche e diffrazione a raggi X hanno riscontrato che velocità di filatura maggiori favorivano l’allineamento delle catene di PET e la cristallizzazione lungo l’asse della fibra, aumentando il punto di fusione e l’ordine interno delle fibre. È interessante che le fibre ottenute da PET trattato con SSP cominciassero a mostrare una struttura cristallina ben definita a velocità inferiori rispetto al PET non trattato, il che indica che le catene riparate e più lunghe erano più predisposte a organizzarsi in regioni ordinate e resistenti durante la filatura.

Resistenza paragonabile alla plastica vergine

I test meccanici sui filamenti ottenuti hanno confermato quanto suggerivano le misure strutturali. All’aumentare della velocità di filatura, tutte le fibre diventavano più resistenti (maggiore tenacità) ma si deformavano meno prima di rompersi, caratteristica tipica di materiali più orientati e cristallini. Dopo SSP, sia il PET vergine sia quello riciclato hanno mostrato prestazioni complessivamente migliori. In particolare, quando il mr‑PET sottoposto a SSP a 230 °C per 6 ore è stato filato a fusione a 3000 m/min, la sua tenacità è risultata essenzialmente uguale a quella delle fibre in PET vergine trattate nello stesso modo, circa 4,4 grammi per denier. In altre parole, nonostante la storia di uso, raccolta e rielaborazione, il materiale riciclato può essere ingegnerizzato per eguagliare la resistenza del PET “nuovo” nei filati di grado industriale.

Cosa significa per i prodotti di uso quotidiano

Per i non specialisti, il messaggio è semplice: con un trattamento termico ben calibrato e condizioni di filatura ottimizzate, le bottiglie di plastica possono essere trasformate in fibre ad alte prestazioni adatte ad impieghi industriali gravosi, non solo in prodotti di basso livello. Utilizzando la SSP per ricostruire le catene polimeriche e ottimizzando la velocità di filatura per allinearle, questo studio dimostra che il PET riciclato meccanicamente può superare le sue debolezze tipiche e affiancare il materiale vergine. Ciò apre la strada a un uso più circolare del PET, dove tessuti tecnici di lunga durata — pensate a componenti auto, tessuti per l’edilizia e corde resistenti — possono essere prodotti dalle stesse bottiglie che un tempo gettavamo nel cestino del riciclo.

Citazione: Kim, H., Bae, J.H., Hahm, WG. et al. Effect of solid-state polymerization on fiber structure development in melt spinning of mechanical recycled PET. Sci Rep 16, 6752 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36850-2

Parole chiave: fibre in PET riciclato, polimerizzazione in fase solida, spinning a fusione, riciclo di bottiglie di plastica, filato industriale in poliestere