Compositi polimerici bio-based ottenuti tramite Selective Laser Sintering = Bio-based polymer composites obtained by Selective Laser Sintering

Negli ultimi decenni i materiali polimerici biodegradabili e/o di origine biologica hanno attirato l’attenzione della comunità scientifica grazie alla loro sostenibilità e versatilità. L’utilizzo di questi materiali può, potenzialmente, limitare i problemi legati al riutilizzo, al riciclo ed allo smaltimento dei manufatti polimerici a fine vita. Parallelamente i processi di additive manufacturing (AM) hanno suscitato un grande interesse all’interno della comunità scientifica poiché consentono di produrre dei manufatti caratterizzati da una geometria complessa in maniera rapida e sostenibile. La comunità scientifica si è concentrata sulla progettazione di materiali compositi biodegradabili a matrice polimerica sfruttando, solo in pochi casi, le tecnologie di AM per realizzarli. Queste tecnologie, in realtà, possono aumentare l’interesse nei confronti di questi materiali ed estendere il loro impiego a diversi settori. Il presente lavoro di tesi ha l’obiettivo di progettare un materiale composito bio-based, costituito da una matrice polimerica biodegradabile e da rinforzanti naturali provenienti dall’industria agroalimentare, e di realizzarlo attraverso un processo di AM. In particolare, per realizzare la matrice del materiale composito è stato scelto il polibutilene adipato-co-tereftalato (PBAT), uno dei poliesteri più promettenti grazie alla sua biodegradabilità ed alle sue caratteristiche. Per la seconda fase del materiale composito sono stati scelti dei rinforzanti naturali biodegradabili provenienti dagli scarti della produzione del vino (WPL DH) e del mais (GTF). Per la produzione degli oggetti in materiale composito è stata scelta la tecnica di AM Selective Laser Sintering (SLS) che permette di ottenere, mediante l’applicazione di un laser ad alta potenza su specifiche zone di un letto di polvere, manufatti di geometria complessa. Per il raggiungimento dell’obiettivo prefissato, innanzitutto, è stata prodotta la polvere di PBAT a partire dai pellet del polimero sfruttando il metodo di sintesi di dissoluzione e precipitazione con solvente. Questo metodo consente di ottenere delle polveri costituite da particelle con morfologia sferica e dimensioni inferiori a 100 μm. La polvere prodotta e quella dei rinforzanti naturali sono state sottoposte a delle analisi termiche, morfologiche, densimetriche e di scorrevolezza per studiare le loro proprietà e definire i parametri di processo per la successiva fase di stampa. La polvere di PBAT è stata miscelata con una piccola percentuale di nanoparticelle di silice per migliorarne la scorrevolezza e, successivamente, con una percentuale crescente della polvere del rinforzante naturale. In seguito, è stata inserita nella camera della stampante 3D SLS per produrre oggetti di piccole dimensioni e di geometria sempre più complessa. Gli oggetti stampati sono stati sottoposti a delle analisi termiche e densimetriche per valutare le eventuali differenze presenti tra quelli realizzati in PBAT e quelli realizzati aggiungendo, rispettivamente, il 5%, il 10% ed il 15% in peso del rinforzante naturale. I risultati ottenuti hanno evidenziato, innanzitutto, come il processo di sintesi scelto per la produzione della polvere di PBAT sia in grado di produrre delle particelle con forma e dimensioni adatte al processo SLS. I risultati ottenuti dalla stampa 3D SLS hanno evidenziato come questa tecnica di AM consenta di produrre dei manufatti biodegradabili in materiale composito bio-based caratterizzati da una geometria complessa e da un’alta sostenibilità.