Incrementare la sostenibilità delle infrastrutture stradali è un obiettivo sempre più centrale negli studi e nelle azioni del settore stradale. Le opportunità sono molteplici e coinvolgono materiali (leganti e inerti in primis), additivi, tecnologie e metodi di produzione e di posa.
Alma Petroli SpA sta sviluppando varie soluzioni anche sui leganti bituminosi modificati, con la consapevolezza che non c’è un’unica e semplice soluzione: le tecnologie e le soluzioni proposte, per essere realmente efficaci, devono soddisfare stringenti requisiti ambientali, di salute e di sicurezza e al contempo garantire livelli prestazionali equivalenti o superiori agli attuali, nonché una sostenibilità economica della fornitura e dell’infrastruttura stradale. In quest’articolo intendiamo presentare una soluzione tecnologica recentemente sviluppata per la produzione di bitume modificato tramite l’impiego di polimeri elastomerici ottenuti da materie prime seconde.
In particolare, la gomma SBR (Styrene Butadiene Rubber – copolimero Stirene Butadiene) viene riottenuta a partire da un processo di devulcanizzazione della gomma derivante da pneumatici fuori uso.
RICICLAGGIO DEL GRANULATO DI GOMMA TRAMITE DEVULCANIZZAZIONE
Annualmente in Europa sono generati circa 3-3,5 milioni di tonnellate di pneumatici a fine vita e di questi circa il 60% è costituito da gomma riciclabile. Gli pneumatici a fine vita sono materiali complessi e anche dopo la separazione delle frazioni di acciaio e del tessuto presenti, il riciclo della gomma è molto complicato e di difficile gestione per via della reticolazione tridimensionale realizzata in fase produttiva iniziale sugli elastomeri NR (Natural Rubber) e SBR. Questa è la ragione chimico-fisica alla base delle difficoltà e delle limitazioni tecniche che incontra l’utilizzo del polverino di gomma ottenuto per frantumazione dello pneumatico a fine vita. Ancora oggi la destinazione prevalente è la combustione, anche se è ben chiaro che il riciclo della frazione gomma sarebbe la scelta più sostenibile e preferibile. Con questo obiettivo, gli studi e le applicazioni industriali sulla tecnologia di devulcanizzazione hanno avuto un deciso impulso negli ultimi decenni.
La devulcanizzazione può essere definita un processo in cui i legami zolfo (S-S e C-S), formatisi durante il processo di vulcanizzazione di produzione iniziale della gomma, vengono totalmente o quasi totalmente rotti in modo selettivo, ossia senza determinare la rottura dei legami C-C nella catena polimerica e quindi senza determinare una degradazione del polimero. Ci sono molte tecnologie disponibili in tale ambito; la chiave del successo è la ricerca e lo sviluppo di processi e impianti industriali che rendano disponibile una gomma devulcanizzata che abbia caratteristiche similari al polimero elastomerico vergine. I metodi termomeccanici continui con ausilio di agenti reattivi devulcanizzanti sono quelli industrialmente applicati in modo efficace. Il processo è controllato dallo sforzo di taglio applicato (operando mediante la velocità di rotazione) dalla temperatura e dal dosaggio degli agenti attivi. Maggiore la selettività di rottura dei legami zolfo, migliore la qualità dell’elastomero prodotto. L’elastomero così riottenuto può essere riutilizzato da solo o in mescola con altro polimero vergine e può anche essere nuovamente vulcanizzato per essere reticolato, come dimostrato da studi e ricerche nell’ambito della produzione di mescole green per nuovi pneumatici. Dopo questa breve descrizione del processo produttivo e sulla base delle caratteristiche finali del polimero ottenuto, appare evidente la profonda differenza tra la gomma ottenuta da devulcanizzazione e il polverino di gomma. Il consorzio Ecotyre nell’ambito delle attività statutarie ha promosso e sviluppato fin dal 2018 il progetto “Da gomma a gomma”, con l’obiettivo di produrre tramite la devulcanizzazione un polimero da riciclo green. Ecotyre ha coordinato il progetto e si è occupata di raccolta, selezione del PFU, frantumazione e separazione per ottenere il granulato di gomma, coinvolgendo le società AGR e Tecnogum. La tecnologia e l’impianto di devulcanizzazione è stata sviluppata da AGR; Tecnogum si è poi occupata della produzione a partire dal polimero SBR green di mescole e granuli pronti per il riutilizzo. Il polimero SBR green così ottenuto è commercializzato con il nome di Devulprene®.
DAL POLIMERO DEVULCANIZZATO AL BITUME MODIFICATO: LA RICERCA E I RISULTATI
Il polimero SBR viene ampiamente utilizzato da decenni in ambito europeo per la modifica del bitume ed è normalmente disponibile non in granuli ma in balle da ca. 25 kg. Facendo leva sulle caratteristiche qualitative misurate sul polimero devulcanizzato (il Devulprene ® SBR) così ottenuto, Alma Petroli ed Ecotyre hanno individuato come ambito promettente di applicazione la modifica del bitume, ne hanno promosso la produzione in forma granulare e selezionato per l’utilizzo per la produzione di leganti modificati un polimero denominato SBR MOD R7. Grazie al proprio laboratorio di ricerca sui leganti bituminosi e alla disponibilità dell’impianto di produzione del bitume modificato, Alma Petroli ha sviluppato ricette con utilizzo congiunto di SBS radiale + SBR devulcanizzato che garantiscono il soddisfacimento degli standard prestazionali richiesti dalla norma EN 14023 per il bitume modificato per utilizzi stradali.
I primi passi sono stati la verifica e il confronto delle prestazioni del bitume modificato prodotto con solo SBS e con un mix di SBS radiale + SBR MOD R7, dapprima in laboratorio e poi in impianto. Grazie al proprio impianto moderno e flessibile è stato possibile introdurre la modifica delle ricette, garantire le prestazioni del bitume modificato e monitorare la costanza produttiva. Le figure e i grafici seguenti (da figura 3 a figura 9) dimostrano la possibilità – utilizzando il mix di polimeri SBS radiale + SBR MOD R7 con le ricette produttive sviluppate da Alma Petroli – di ottenere un bitume modificato con caratteristiche ampiamente sopra la specifica e paragonabili a quanto ottenuto con la sola modifica tradizionale con polimero SBS. Una prima immediata osservazione è stata l’ottima compatibilità riscontrata, sia a occhio nudo sia al microscopio a fluorescenza, tra il mix di polimeri e il bitume: tale caratteristica si riflette in un’ottima stabilità allo stoccaggio che facilita la gestione operativa del prodotto presso gli impianti di produzione del conglomerato. L’indagine mediante tecnica di spettrometria FT-IR ha evidenziato la sostanziale sovrapponibilità degli spettrogrammi ottenibili su bitumi modificati con entrambe le tipologie di polimeri. Analizzando poi nel dettaglio le singole caratteristiche fisiche e prestazionali del bitume modificato prodotto su un grande numero di lotti prodotti di bitume modificato grade 45/80-70 e 45/80-80 sulla base di quanto previsto dalla norma EN14023, si confermano le ottime caratteristiche in tutto il campo di servizio atteso, ben oltre i requisiti minimi previsti dalla norma e dai capitolati. Anche l’analisi e la verifica delle prestazioni reologiche del legante sulla base dei test MSCRT e DSR – sul legante fresh t.q. e sul legante dopo invecchiamento sia Short Term Ageing (dopo RTFOT) sia Long Term Ageing (dopo RTFOT+PAV) – ha permesso di confermare l’idoneità del bitume modificato così prodotto all’utilizzo per conglomerati stradali.
DAL POLIMERO DEVULCANIZZATO AL BITUME MODIFICATO E ALLA PAVIMENTAZIONE STRADALE
In parallelo alla verifica e al consolidamento delle ricette produttive eseguiti tramite controlli di laboratorio sul bitume modificato, si è proceduto a eseguire la validazione del conglomerato bituminoso prodotto. Questa operazione si è basata su confronto mediante studi di mix design eseguiti presso laboratori esterni nelle stesse modalità e con gli stessi inerti (figura 10).
CONCLUSIONI
Produrre in modo più sostenibile richiede non solo investimenti produttivi e competenze ma anche la disponibilità e la capacità di integrare le conoscenze di aziende di diversi ambiti. Garantire elevate prestazioni in linea con quelle dei prodotti da sostituire è un obiettivo fondamentale.
La devulcanizzazione della gomma da PFU è una tecnologia già in fase di implementazione industriale e il Devulprene® prodotto dal consorzio Ecotyre è già disponibile e rappresenta una delle soluzioni per riciclare la gomma in modo efficace e sostenibile, riottenendo un polimero green utilizzabile industrialmente. La soluzione tecnologica presentata in questo articolo, sviluppata da Alma Petroli con Ecotyre a partire da utilizzo anche di SBR devulcanizzato, rappresenta una soluzione implementata e comprovata che mediante la produzione di un legante bituminoso modificato a elevate prestazioni fornisce un valido contributo nella direzione dell’economia circolare e di quanto previsto dal CAM Strade per il settore delle pavimentazioni stradali.
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