Upcycling di vetro di scarto attraverso attivazione alcalina: caratterizzazione e ottimizzazione per la manifattura additiva DIW

Glass is one of the main materials produced worldwide. Despite the general assumption that it is fully recyclable, the global recycling rate is currently below 30%. This study proposes an innovative approach to recycling waste glass through an alkaline activation process. Waste glass, initially of no value, is transformed into a high-value material for uses different from the original material, achieving an upcycling of the waste material. In the first phase of the work, massive samples were produced by combining finely ground and sieved glass powder (<63 μm) with an activating alkaline solution (NaOH and KOH) at different concentrations (3M and 5M) with a solid/liquid ratio of 70/30. The samples underwent characterization of their physical, mechanical, and microstructural properties. In the second phase, the use of activated glass powder as ink for 3D printing through Direct Ink Writing (DIW) was explored, with optimized printing parameters for each formulation. Particular attention was then given to the ink activated with 3M NaOH, which was optimized with the addition of additives such as α-Alumina, Titania, and Metakaolin. The results obtained at the end of the tests indicate that the massive samples exhibit a high compression strength/geometric density ratio, attributable to the formation of crystalline structures post-activation. All inks were found to be printable via DIW, with the 3M NaOH activated ink showing improved performance following the addition of 5% Metakaolin. This study highlights the potential of 3D printing as a manufacturing process for the reuse of waste glass.

Il vetro è uno dei principali materiali prodotti a livello mondiale, nonostante l'ipotesi generale che sia completamente riciclabile, il tasso di riciclo globale è, ad oggi, inferiore al 30%. Questo studio propone un approccio innovativo per il riciclo del vetro scarto mediante il processo di attivazione alcalina. Il vetro di scarto, inizialmente privo di valore, viene trasformato in un materiale ad alto valore aggiunto, per destinazioni d’uso diverse rispetto al materiale di partenza, realizzando così un Upcycling del materiale di scarto. Nella prima fase del lavoro sono stati realizzati dei campioni massivi, combinando la polvere di vetro, finemente macinata e setacciata (<63 μm), con la soluzione alcalina attivante (NaOH e KOH) a diverse concentrazioni (3M e 5M), con un rapporto solido/liquido di 70/30. Sui campioni è stata effettuata una caratterizzazione delle proprietà fisiche, meccaniche e microstrutturali. Nella seconda fase è stato esplorato l'uso della polvere di vetro attivata come inchiostro per la stampa 3D attraverso Direct Ink Writing (DIW), con l’ottimizzazione dei parametri di stampa per ciascuna formulazione. Successivamente è stata rivolta particolare attenzione all'inchiostro attivato con NaOH 3M, che è stato ottimizzato con l'aggiunta di additivi come: α-Allumina, Titania e Metacaolino. I risultati ottenuti al termine delle prove, indicano che i campioni massivi presentano un elevato rapporto di resistenza alla compressione/densità geometrica, attribuibile alla formazione di strutture cristalline post-attivazione. Gli inchiostri risultano essere tutti stampabili attraverso DIW, in particolare l’inchiostro attivato con NaOH 3M mostra un miglioramento delle prestazioni in seguito all’aggiunta del 5% di Metacaolino. Questo studio evidenzia il potenziale della stampa 3D come processo di produzione per il riutilizzo del vetro di scarto.