La crescente enfasi sulla produzione tessile sostenibile ha posto i materiali riciclati sotto un controllo sempre maggiore, in particolare in termini di prestazioni e affidabilità. Tra questi materiali, filati riciclati parzialmente orientati, o POY riciclato , è diventato un punto centrale sia per i produttori di fibre che per i produttori di tessuti. Mentre le industrie si muovono verso modelli di economia circolare, capire come si comportano i POY riciclati durante la lavorazione a valle diventa fondamentale. Uno dei fattori più significativi che influenzano le sue prestazioni è la stabilità termica.

Comprendere il POY riciclato

Il POY riciclato si riferisce al filato di poliestere parzialmente orientato prodotto utilizzando materie prime riciclate, generalmente derivate da polietilene tereftalato post-consumo, o PET, bottiglie e scarti di poliestere industriale. Attraverso processi come il lavaggio, la triturazione, la fusione e la filatura, il materiale di scarto viene riprogettato in nuovi filamenti che possono essere ulteriormente trasformati in filati testurizzati o completamente stirati.

Il termine “parzialmente orientato” descrive la fase intermedia della produzione del filato di poliestere in cui le catene polimeriche sono parzialmente allineate ma non completamente stirate. Questa fase è fondamentale perché determina come si comporterà il filato nelle lavorazioni successive. Sia nella forma vergine che in quella riciclata, il POY deve dimostrare consistenza e stabilità sufficienti per resistere alle sollecitazioni termiche e meccaniche applicate durante i trattamenti a valle.

Stabilità termica nella scienza delle fibre

La stabilità termica si riferisce generalmente alla capacità di un materiale di mantenere la sua integrità strutturale e meccanica quando esposto al calore. Nel contesto dei filati di poliestere, ciò include la resistenza alla degradazione termica, la stabilità nella cristallinità e prestazioni meccaniche costanti a temperature elevate. Per il POY riciclato, questa proprietà è essenziale poiché determina se il filato può resistere con successo alle alte temperature senza sciogliersi, restringersi o perdere il suo orientamento molecolare.

I processi che seguono la filatura, come trafilatura, strutturazione, tintura e termofissaggio, espongono il POY a ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento. Qualsiasi instabilità nella struttura del polimero può portare a difetti come restringimento irregolare, rottura del filamento o cambiamenti di colore e struttura. Pertanto, comprendere la stabilità termica aiuta i produttori a ottimizzare le condizioni di lavorazione per mantenere la qualità del tessuto.

Influenza del riciclaggio sulla struttura del polimero

Il riciclo influisce sulle proprietà intrinseche del poliestere perché le catene polimeriche possono subire un degrado durante le fasi termiche e meccaniche del ritrattamento. Ogni ciclo di riciclaggio può accorciare le catene polimeriche, riducendo la viscosità intrinseca e il peso molecolare.

Un peso molecolare inferiore porta spesso a una riduzione del punto di fusione, della resistenza alla trazione e dell'elasticità. Se sottoposti a calore, i POY riciclati con catene polimeriche degradate possono iniziare a deformarsi o ammorbidirsi prima dei materiali vergini. Inoltre, le impurità che rimangono dal processo di riciclaggio, come umidità residua, coloranti non rimossi o contaminazione da altri polimeri, possono contribuire a un comportamento termico non uniforme.

Tuttavia, i progressi nella tecnologia del riciclaggio hanno migliorato la purezza dei materiali e la ricostruzione della catena polimerica. Tecniche come la polimerizzazione allo stato solido e il trattamento termico controllato possono ripristinare parte del peso molecolare perduto, migliorando la resistenza termica dei filati riciclati. Di conseguenza, il POY riciclato di alta qualità può ora avere prestazioni paragonabili ai filati vergini a temperature di lavorazione moderate.

Comportamento termico durante la lavorazione a valle

La lavorazione a valle comprende una serie di passaggi che convertono il POY in filato o tessuto finito. Le fasi più impegnative dal punto di vista termico includono la trafilatura, la strutturazione e la tintura. Ogni fase introduce calore che influenza l'orientamento molecolare, la cristallizzazione e la stabilità dimensionale del filato.

1. Processo di disegno

Nella fase di trafilatura, il POY viene allungato per allineare le catene molecolari, aumentandone la resistenza e riducendo l'allungamento. La temperatura dei rulli di stiro deve essere attentamente controllata, spesso tra 80 e 160 gradi Celsius, a seconda dell'attrezzatura e delle caratteristiche del filato desiderate.

Per il POY riciclato, la temperatura di disegno deve essere ottimizzata per prevenire la rottura del filamento. Se la temperatura è troppo elevata, la degradazione del polimero può accelerare, portando a una minore resistenza alla trazione. Al contrario, se la temperatura è troppo bassa, il filato potrebbe non raggiungere il corretto orientamento, con conseguenti proprietà meccaniche non uniformi.

L’indicatore chiave della stabilità termica durante questa fase è la capacità del filato di mantenere una tensione e un allungamento costanti su più filamenti senza attaccarsi o rompersi.

2. Processo di testurizzazione

La testurizzazione comporta la trasformazione del filato stirato in una forma voluminosa ed elastica attraverso il calore e l'arricciatura meccanica. La testurizzazione ad aria e la testurizzazione a falsa torsione sono le tecniche più comuni. Nella testurizzazione a falsa torsione, il filato viene riscaldato in una camera che tipicamente varia da 180 a 220 gradi Celsius.

Il POY riciclato deve dimostrare un comportamento di ritiro stabile durante questa fase. Qualsiasi variazione nella struttura molecolare o nel contenuto di umidità può portare a uno sviluppo irregolare della crimpatura. L'elevata stabilità termica garantisce che il filato mantenga la sua elasticità e volume senza fondersi o deformarsi.

I produttori spesso monitorano parametri come la percentuale di ritiro termico e l'indice di cristallinità per valutare le prestazioni. Il POY riciclato con ricostruzione polimerica migliorata tende a mostrare valori di contrazione termica vicini a quelli dei materiali vergini, tipicamente tra il 3 e il 7% in condizioni di test standard.

3. Tintura e termofissaggio

Dopo la testurizzazione, il filato o il tessuto viene sottoposto a tintura e termofissaggio, che comportano entrambe temperature e umidità elevate. La temperatura di tintura del poliestere sotto pressione raggiunge generalmente circa 130 gradi Celsius.

Il POY riciclato deve resistere alla degradazione idrolitica e all'ossidazione termica durante queste fasi. Se le catene polimeriche sono instabili, il filato potrebbe perdere uniformità di colore o presentare peluria del filamento. Il termofissaggio, condotto a temperature comprese tra 180 e 200 gradi Celsius, stabilizza ulteriormente la struttura del tessuto.

La stabilità termica in questa fase determina se il tessuto finito mantiene l'accuratezza dimensionale e la levigatezza dopo ripetuti lavaggi o esposizione alla luce solare.

Fattori che influenzano la stabilità termica del POY riciclato

Diversi fattori contribuiscono al comportamento termico del POY riciclato durante la lavorazione a valle. Questi includono l'integrità della catena polimerica, l'umidità residua, gli additivi e i parametri di lavorazione.

1. Integrità della catena polimerica

La lunghezza e l'uniformità delle catene polimeriche determinano in gran parte il punto di fusione e la cristallinità. Il POY riciclato con una maggiore viscosità intrinseca tipicamente mostra una maggiore stabilità termica, poiché le catene più lunghe resistono meglio al movimento termico.

2. Umidità residua

L'umidità agisce come catalizzatore per la degradazione idrolitica, riducendo la resistenza del polimero alle alte temperature. Pertanto, è essenziale un'efficace essiccazione delle scaglie e dei pellet riciclati prima dell'estrusione.

3. Additivi e stabilizzanti

È possibile aggiungere stabilizzanti termici e antiossidanti al poliestere riciclato per proteggerlo dal degrado durante la lavorazione. Questi additivi aiutano a mantenere il colore e le proprietà di trazione anche dopo ripetuti riscaldamenti.

4. Parametri di elaborazione

La temperatura, il rapporto di stiro e la velocità della linea influenzano tutti l'orientamento molecolare del filato. Un processo controllato e coerente migliora l'uniformità, che a sua volta migliora il comportamento termico durante le fasi successive.

Test della stabilità termica del POY riciclato

Per valutare la stabilità termica, vengono utilizzati diversi test di laboratorio per valutare il comportamento del POY riciclato in caso di esposizione al calore. I test comuni includono:

Calorimetria differenziale a scansione (DSC): Misura la temperatura di fusione, il comportamento di cristallizzazione e la temperatura di transizione vetrosa.
Analisi Termogravimetrica (TGA): Determina la perdita di peso in condizioni di riscaldamento controllato, indicando la temperatura di degradazione termica.
Prova di restringimento: Misura le variazioni dimensionali del filato quando sottoposto a temperature impostate per durate specifiche.
Analisi Dinamico-Meccanica (DMA): Valuta le variazioni del modulo con la temperatura, mostrando come si evolve la rigidità sotto stress termico.

I risultati di questi test forniscono informazioni su quanto bene il POY riciclato possa resistere ai cicli termici a valle senza deteriorarsi.

Confronto tra POY riciclato e vergine

Confrontando il POY riciclato con il POY vergine, si possono osservare diverse differenze nella stabilità termica a seconda del processo di riciclaggio e della purezza delle materie prime.

In generale, il POY vergine presenta punti di fusione leggermente più alti, spesso tra 255 e 260 gradi Celsius, mentre il POY riciclato può mostrare punti di fusione tra 250 e 255 gradi Celsius. Questa leggera riduzione è dovuta principalmente ad una lieve scissione della catena durante il riciclaggio. Tuttavia, per la maggior parte delle applicazioni tessili, questa differenza non è critica, a condizione che le temperature a valle rimangano entro i limiti raccomandati.

Anche le proprietà meccaniche come tenacità e allungamento a rottura sono leggermente inferiori per i filati riciclati, ma tecniche di rigenerazione avanzate possono ridurre al minimo questo divario. In termini pratici, il POY riciclato può funzionare efficacemente nelle operazioni a valle se gestito in condizioni termiche ottimizzate.

Miglioramento della stabilità termica nel POY riciclato

I produttori possono migliorare la stabilità termica del POY riciclato attraverso diversi approcci:

Utilizzo di materie prime riciclate ad elevata purezza: Selezione e pulizia del PET riciclato per eliminare la contaminazione.
Polimerizzazione allo stato solido (SSP): Un processo di post-condensazione che ricostruisce il peso molecolare e ripristina la viscosità intrinseca.
Incorporazione di stabilizzatori termici: Additivi che inibiscono la degradazione e l'ossidazione durante la lavorazione ad alta temperatura.
Estrusione e raffreddamento ottimizzati: Mantenimento di temperature di fusione stabili e tempra controllata per favorire una cristallizzazione uniforme.
Gestione dell'umidità: Garantire la corretta essiccazione delle materie prime prima della filatura per prevenire l'idrolisi.

Attraverso queste misure, i POY riciclati possono ottenere prestazioni stabili e ripetibili in una serie di processi a valle.

Implicazioni pratiche per i produttori tessili

Comprendere la stabilità termica del POY riciclato è vitale per gli ingegneri di processo e i progettisti di tessuti. Un controllo adeguato delle temperature di lavorazione può prevenire problemi costosi come la rottura dei filamenti, l’assorbimento irregolare del colorante o la distorsione dimensionale nei tessuti finiti.

I produttori che integrano POY riciclato nelle loro linee di produzione devono monitorare attentamente ogni fase, dall'essiccazione ed estrusione alla trafilatura e al termofissaggio. In questo modo, possono garantire che i filati riciclati funzionino in modo affidabile quanto i materiali vergini, contribuendo allo stesso tempo alla sostenibilità ambientale.

Conclusione

La stabilità termica del POY riciclato durante la lavorazione successiva è un fattore decisivo che influenza il suo successo nella produzione tessile. Mentre il processo di riciclo introduce alcuni cambiamenti strutturali nel polimero, i progressi nella purificazione e nel ripristino dei polimeri hanno notevolmente migliorato il comportamento termico dei filati riciclati.

Se opportunamente lavorato e stabilizzato, il POY riciclato può mantenere prestazioni eccellenti nelle operazioni di trafilatura, testurizzazione e tintura. Le sue proprietà termiche affidabili consentono ai produttori di produrre tessuti durevoli e di alta qualità che soddisfano i moderni obiettivi di sostenibilità. Con la continua evoluzione della tecnologia, i POY riciclati svolgeranno probabilmente un ruolo ancora maggiore nel bilanciare prestazioni, economia e responsabilità ambientale nell’industria tessile.