Il seguente post sul blog è una copia ripubblicata dell’articolo originale, “Formulating for Sustainability” (Formulating for Sustainability), pubblicato per la prima volta da Plastics Technology (PTonline.com) il 12 dicembre. Tutti i diritti editoriali appartengono a Plastics Technology.
È possibile leggere l’articolo originale in inglese qui: Formulating for Sustainability (Plastics Technology)

La richiesta di utilizzo di plastica riciclata sta crescendo, spinta sia dalle pressioni normative che dall’influenza dei principali marchi globali. Molti di questi obiettivi sono ambiziosi e alcuni sono stati ritardati da sfide tecniche, ma non sono destinati a scomparire.

gestione del colore Sono molti i fattori che possono causare variazioni di tonalità, pertanto la coerenza non può mai essere data per scontata.

Fortunatamente, queste ulteriori complessità non sono insormontabili. La gestione digitale del colore può contribuire in modo significativo a garantire che il prodotto finale soddisfi tutti gli standard cromatici applicabili al marchio o al settore Inoltre, i produttori di plastica stanno sviluppando una serie di strategie per incorporare ed espandere l’uso di materiali riciclati. Idee creative si possono trovare in ogni fase, dall’approvvigionamento e dalla lavorazione ai prodotti e agli imballaggi progettati tenendo conto della variabilità dei materiali riciclabili.

Cosa spinge la domanda?

I cambiamenti nel settore della plastica sono spesso guidati dai governi e la spinta verso una maggiore sostenibilità non fa eccezione. Leggi severe che richiedono quantità maggiori di contenuto riciclato sono state emanate in Europa e in Stati americani attenti all’ambiente come New York, California e Oregon. Il divieto di utilizzare plastica monouso sta crescendo in molte regioni, mentre gli sforzi di riciclaggio stanno aumentando in Cina, India e altre parti del Sud-Est asiatico Sebbene gli standard più severi siano richiesti solo nell’UE e in California, i marchi globali che vogliono vendere in quei mercati devono rispettarli.

Qualsiasi colorante presente nella plastica riciclata complica il processo di abbinamento dei colori; non c’è modo di filtrarlo.

Allo stesso tempo, grandi marchi come Adidas, Patagonia, Coca-Cola, Walmart e Amazon hanno fatto della plastica riciclata uno dei pilastri del loro impegno per la sostenibilità, creando spesso un effetto a cascata tra i partner di piccole e medie dimensioni che fanno affari con loro. Molti settori, in particolare quello degli imballaggi, dell’abbigliamento e dei beni di consumo, considerano ormai il contenuto riciclato un elemento essenziale, anziché opzionale.

Di conseguenza, i fornitori di tutto il mondo si stanno adeguando per soddisfare queste nuove norme, con un impatto sui prezzi, sulla disponibilità e sull’innovazione della plastica riciclata a livello globale.

Le materie prime

La maggior parte della plastica riciclata proviene da imballaggi post-consumo: gli articoli che gettiamo ogni giorno nei contenitori per il riciclaggio . I tipi più riutilizzati sono il polietilene tereftalato (PET), comunemente usato per produrre bottiglie per bevande, e il polietilene ad alta densità (HDPE), presente in prodotti come bottiglie di latte, flaconi di shampoo e alcuni contenitori per alimenti.

Non è un caso che il PET e l’HDPE corrispondano rispettivamente ai numeri 1 e 2 all’interno dei simboli di riciclaggio stampati sul fondo di questi articoli. Hanno sistemi di riciclaggio ben consolidati e mercati forti sostenuti da una domanda costante

Altre plastiche comuni, come il cloruro di polivinile (PVC), il polistirene (PS) e il polietilene a bassa densità (LDPE, utilizzato per produrre sacchetti di plastica per la spesa), sono più difficili da riciclare. Tutte sono più soggette a problemi di contaminazione e il loro valore di rivendita è inferiore, quindi spesso finiscono nelle discariche.

I rifiuti industriali, come gli scarti delle fabbriche, sono una fonte meno comune, ma possono essere riciclati perché sono più puliti e facili da trattare.

Usi della plastica riciclata

Le aziende trovano continuamente modi innovativi per utilizzare i materiali riciclati, soprattutto in settori come la moda, i beni di consumo e gli imballaggi. La plastica riciclata finisce in tutti i tipi di prodotti, da nuovi contenitori e conchiglie a bottiglie e abbigliamento, oltre che in mobili e persino in materiali da costruzione. Il PET delle bottiglie di soda viene spesso trasformato in nuove bottiglie o in tessuto di poliestere per abbigliamento e scarpe. L’HDPE ricavato dalle caraffe del latte può essere utilizzato per produrre legname, tubi o bottiglie di detersivo. Alcune plastiche riciclate sono utilizzate per la produzione di parti di automobili, attrezzature per parchi giochi e persino filamenti per la stampa 3D.

Costruire un set di coloranti richiede un po’ di impegno, ma è un lavoro essenziale che darà rapidamente i suoi frutti quando si utilizzano materiali riciclati.

Alcuni settori – in particolare quello tessile e degli imballaggi non alimentari – hanno trovato il modo di utilizzare il 100% di contenuto riciclato. Si tratta di una pratica rara, tuttavia, perché la plastica completamente riciclata può presentare problemi come fragilità, scolorimento o flusso di fusione incoerente, che la rendono meno affidabile per molte applicazioni.

La maggior parte dei prodotti utilizza una miscela di plastica riciclata e vergine per mantenere la resistenza, la facilità di lavorazione e l’uniformità delle prestazioni e dei colori. La miscela finale dipende dalla qualità del materiale riciclato, dalle normative e dai requisiti di prestazione del prodotto.

Le variazioni intrinseche creano sfide cromatiche

Qualsiasi colorante presente nella plastica riciclata complica il processo di abbinamento dei colori; non c’è modo di filtrarlo. Di conseguenza, le plastiche trasparenti e non colorate hanno maggiori probabilità di essere riutilizzate e sono più richieste. Anche in assenza di coloranti di primo utilizzo, le plastiche riciclate presentano spesso leggere variazioni di tonalità causate da usi passati o da impurità. Le alte temperature possono indebolire la struttura molecolare del polimero e causare la decolorazione. Questa degradazione termica è spesso inevitabile. Ad esempio, le bottiglie d’acqua post-consumo diventano tipicamente opache quando vengono sottoposte a processi di filtrazione o pulizia, richiedendo agenti chiarificanti per ripristinare l’aspetto originale. Anche gli additivi chimici, i residui di cibo, gli adesivi o altri contaminanti possono creare incongruenze di colore.

La plastica riciclata può essere più sostenibile, ma raramente è verde, almeno non in termini di tonalità. A seconda di come viene lavorata, la resina riciclata ha spesso un aspetto grigio, giallo o marrone. Il grigio è in genere il risultato della miscelazione di plastiche di colore diverso, che crea una tonalità neutra. L’ingiallimento è causato dal calore e dall’esposizione ai raggi ultravioletti (UV), che con il passare del tempo decompongono il polimero. Le sfumature marroni sono solitamente causate da impurità, residui di coloranti o ossidazione.

Poiché è difficile ottenere plastica riciclata pura e trasparente, i produttori a volte aggiungono pigmenti per uniformare il colore o utilizzano queste tonalità tenui per prodotti in cui l’aspetto non è importante. I coloranti e gli additivi possono essere miscelati durante il masterbatching per aiutare a compensare le incoerenze, ma il livello di controllo dipende dalla qualità della materia prima riciclata. Per le applicazioni di fascia alta, come gli imballaggi o i tessuti, a volte si ricorre a fasi di filtraggio e selezione supplementari per ridurre al minimo le variazioni di colore prima del compounding. In seguito, potrebbero essere necessari ulteriori aggiustamenti per garantire che il prodotto finale soddisfi gli standard cromatici del marchio o del settore, soprattutto se la nuova miscela verrà utilizzata per lo stampaggio a iniezione, l’estrusione o il soffiaggio.

È importante notare che il colore è solo uno degli aspetti da considerare. Altre proprietà fisiche generalmente dettano la proporzione massima di materiale riciclato e il grado di controllo sull’aspetto della miscela. Il processo di abbinamento dei colori deve spesso essere bilanciato con gli effetti di eventuali riempitivi, stabilizzatori, modificatori d’impatto, inibitori UV, lubrificanti o altri additivi.

La corrispondenza affidabile dei colori inizia alla fonte

I riciclatori si impegnano molto per separare la plastica in base al colore e al tipo prima della lavorazione Sebbene i produttori si sforzino di creare un flusso di approvvigionamento il più pulito possibile, preferibilmente da un’unica fonte, è difficile ottenere una perfetta uniformità di colore. Si verificano ancora molte variazioni a causa delle differenze nelle materie prime, in particolare nei prodotti post-consumo.

Spesso è possibile ottenere risultati più consistenti con materiali “rilavorati”: sottoprodotti di plastica generati dalle attività di un produttore o provenienti da un altro stabilimento.

Mascherare le incoerenze

I produttori possono regolare i colori con additivi, coloranti e tecniche di miscelazione durante la produzione. Più il materiale di partenza è uniforme, meno aggiustamenti dovrai fare.

Nonostante questi sforzi, le plastiche riciclate raramente raggiungono la consistenza dei materiali vergini. Di conseguenza, molti marchi utilizzano la percentuale minima di materiale riciclato che soddisfa le normative. Un’altra strategia comune è quella di utilizzare colori neutri o scuri per nascondere le imperfezioni. Se un prodotto non deve corrispondere ai colori di un marchio specifico, è possibile incorporare le tonalità e le variazioni naturali del materiale riciclato.

Il riciclo dei prodotti chimici semplifica la gestione del colore – a un prezzo

La maggior parte del riciclaggio è un processo meccanico che prevede la raccolta, la selezione, la frantumazione, il lavaggio e la fusione della plastica per formare nuovi prodotti. Questo spesso ha un impatto indesiderato sul colore, facendo apparire la plastica lattiginosa, opaca o leggermente grigiastra a causa dei coloranti residui, delle impurità e della degradazione termica. Come già detto, questo fenomeno è particolarmente evidente nelle plastiche trasparenti come il PET, che perdono trasparenza e diventano torbide.

Un’alternativa emergente è il riciclaggio chimico, che utilizza solventi, agenti depolimerizzanti o altre sostanze chimiche per scomporre la plastica fino al suo livello molecolare. In questo modo è possibile ottenere una purezza molto maggiore, a fronte di costi più elevati. Il riciclo chimico può riportare la plastica a uno stato quasi vergine, rendendo la gestione del colore molto più semplice.

Usa un flusso di lavoro digitale per ottenere i migliori risultati

La chiave della corrispondenza cromatica con il materiale riciclato è la quantificazione del suo contributo cromatico. Si tratta di un processo complesso e continuo che è più facile da gestire con gli strumenti di gestione digitale.

I produttori che utilizzano questo flusso di lavoro misurano ogni materiale riciclato con uno spettrofotometro, producendo una curva di riflettanza che quantifica le sue proprietà cromatiche uniche. Questi dati possono poi essere applicati dal software di formulazione utilizzando uno o più materiali riciclati e pigmenti aggiuntivi per ottenere il colore finale desiderato.

I principali pacchetti di formulazione hanno funzioni di riciclaggio che tengono conto sia del colore che di altre proprietà, permettendoti di regolare diversi fattori. Ad esempio, l’aggiunta di biossido di titanio può aumentare la luminosità migliorando la resistenza agli urti e la durezza Mohs.

Se sei alle prime armi con la corrispondenza digitale dei colori, avrai bisogno di uno spettrofotometro e di un software per la formulazione del colore in grado di gestire le caratteristiche ottiche uniche di polimeri, additivi e pigmenti. Se stai già utilizzando questi strumenti con le plastiche vergini, è fondamentale assicurarsi che l’hardware, il software e i set di coloranti siano aggiornati. Da lì, si tratta semplicemente di aggiungere uno o più nuovi materiali riciclati per contribuire al colore e tenere conto della variabilità intrinseca.

La plastica riciclata può essere più sostenibile, ma raramente è verde, almeno non in termini di tonalità.

Anche se i fornitori di pigmenti possono aiutarti a sviluppare i tuoi set di coloranti, è meglio che la tua azienda li produca utilizzando i propri macchinari e le proprie attrezzature di laboratorio. In questo modo potrai tenere conto di tutte le variazioni di polimeri, pigmenti, additivi e processi che potrebbero avere un impatto sul colore. È inoltre fondamentale aggiornarli quando cambiano i polimeri, le normative, i fornitori o i pigmenti.

Costruire un set di coloranti richiede un po’ di impegno, ma è un lavoro essenziale che darà rapidamente i suoi frutti quando utilizzerai materiali riciclati. Dovrai creare una serie di campioni per ogni pigmento, realizzando miscele multiple con il bianco e una miscela con il nero e/o il masstone per ogni tipo di polimero che intendi misurare, preferibilmente utilizzando materiale vergine per stabilire i valori di riferimento. Una volta ottenuti i campioni, misurali con lo spettrofotometro. Le concentrazioni dei pigmenti possono poi essere inserite nel software per la formulazione del colore per calcolare i dati ottici, tenendo conto del pigmento, del polimero, dello spessore del film, degli additivi e così via.

Questo processo deve essere ripetuto per ogni famiglia di polimeri con cui lavori, perché i pigmenti si comportano in modo diverso in ogni tipo. Dovrai inoltre misurare tutti i campioni esistenti con concentrazioni di pigmenti note per convalidare il tuo set di coloranti.

Se utilizzi molti pigmenti, è meglio iniziare con un numero limitato, magari quelli che sai che userai più spesso o per una particolare linea di prodotti. Potrai ampliare il set una volta stabilito il primo gruppo di pigmenti e convalidati i risultati della formulazione. Una formazione adeguata è fondamentale per ottenere risultati affidabili. Gli operatori devono avere almeno una conoscenza di base della teoria del colore, compresi gli spazi di colore come CIELAB o L*a*b* (luminosità, assi rosso/verde, giallo/blu) e le diverse metriche come il Delta E (∆E), il metamerismo e l’opacità. Avranno anche bisogno di una formazione pratica sul software di formulazione che stanno utilizzando. Il software Datacolor Colibri, ad esempio, richiede in genere circa tre giorni di formazione per un operatore con una precedente formazione sui colori – più lunghi se si richiede un’introduzione alla teoria del colore. Gli operatori che non hanno ancora familiarità con il software per la gestione del colore dovrebbero prendere in considerazione l’idea di iniziare con il software per il controllo della qualità per acquisire sicurezza e competenza prima di occuparsi di formulazioni complete.

Stabilire un flusso di lavoro digitale può essere complesso, ma ne varrà la pena se intendi lavorare regolarmente con materiali riciclati. Un sistema di gestione del colore ben tarato può aiutarti a ottenere corrispondenze cromatiche più precise, nonostante le variazioni intrinseche dei materiali riciclati. Un buon software semplificherà anche il processo di ricerca del giusto equilibrio tra materiali vergini e riciclati, aiutandoti a valutare quali risultati cromatici si possono ottenere con una determinata combinazione.

GLI AUTORI: Nel suo ruolo di ingegnere applicativo senior presso Datacolor, Earl W. Balthazar III è responsabile delle applicazioni software per i clienti. Lavora nell’azienda da oltre 20 anni. Con 40 anni di esperienza nella corrispondenza dei colori e nella garanzia della qualità, Balthazar è l’esperto in materia delle applicazioni software di gestione del colore e delle soluzioni personalizzate di Datacolor.

Da oltre 30 anni, Rik Mertens è parte integrante di Datacolor. In qualità di esperto in materia per l’industria delle vernici e dei rivestimenti e specialista delle applicazioni per tutti i software Datacolor, conosce tutti i dettagli della gestione del colore lungo tutta la catena di fornitura. Mertens lavora con i principali clienti globali del settore PCS per definire e implementare soluzioni di gestione del colore su misura per le loro esigenze. Collabora inoltre con i product manager e il reparto R&S per aggiornare e migliorare il software Datacolor.