Stampaggio a iniezione di polipropilene di post-consumo: analisi di difetti strutturali ed emissioni odorose

This research focuses on the analysis of the degradation of post-consumer recycled polypropylene during the injection molding process, with particular attention to the formation of internal bubbles and the emission of volatile organic compounds (VOCs), resulting from the decomposition of contaminants present in the material. To this end, a new mold cavity geometry was designed to investigate the influence of the hesitation effect and skin layer thickening on the bubble formation phenomenon. The study was conducted in collaboration with Sirmax, a leading company in the production of polymer compounds, which provided the 100% post-consumer recycled polypropylene NewPlen™ X200RC used in the experimental activities. This material, obtained from post-consumer plastic waste, was selected not only for its contribution to sustainability but also for the challenges it poses in terms of surface quality and impurity content. Additionally, a 50% recycled polypropylene—also part of Sirmax’s circular economy proposal—was supplied in two variants, differing in the cleaning process used. This latter material was mainly employed in the study of VOC emissions. Experimental analyses enabled the identification of the effects of process settings—such as melt temperature and injection flow rate—on material degradation. In parallel, numerical simulations were carried out to investigate the internal conditions of the material generated by different process settings. These studies aim to provide a predictive method to identify, during the design phase, the critical zones of a component where degradation could lead to the formation of internal bubbles. Moreover, the study explored the formation of surface defects known as silver streaks. In connection with previous studies, the influence of pressure and flow velocity—typically associated with the occurrence of such defects—was assessed. Finally, the research included the development of an inline monitoring system for VOC emissions during the molding process, using a MOS sensor. This technology enables rapid and sensitive detection of odorous emissions, offering a potential tool for process quality control. The results of this research offer significant practical implications for the recycled plastics industry. The optimization of process parameters identified through this study can enhance the quality of molded products by reducing internal bubble formation and surface defects, thereby supporting a more reliable use of recycled polypropylene in high-value industrial applications. Furthermore, inline VOC monitoring represents a step forward in real-time degradation assessment, opening new perspectives for quality control in the molding process. This research therefore contributes not only to the advancement of literature on recycled polymers but also provides concrete tools to address challenges related to recycled material quality, with potential future developments in the field of sustainability and circular economy.

Questa ricerca si concentra sull'analisi della degradazione del polipropilene riciclato da post consumo durante il processo di stampaggio a iniezione, con particolare attenzione alla formazione di bolle interne e all’emissione di VOC, dovuti alla decomposizione dei contaminanti presenti nel materiale. A tal fine, è stata progettata una nuova geometria della cavità dello stampo per studiare l'influenza dell'effetto di esitazione e dell'ispessimento della pelle sul fenomeno della formazione di bolle. La ricerca è stata condotta in collaborazione con Sirmax, azienda leader nella produzione di compound polimerici, che ha fornito il polipropilene 100% riciclato NewPlen™ X200RC utilizzato nelle attività sperimentali. Questo materiale, ottenuto dal recupero della plastica post-consumo, è stato scelto non solo per il suo contributo alla sostenibilità, ma anche per le sfide che presenta in termini di qualità superficiale e presenza di impurità. Inoltre, è stato messo a disposizione anche un polipropilene riciclato al 50%, anch’esso parte della proposta circolare di Sirmax, in due varianti differenziate per il processo di pulitura. Quest’ultimo è stato impiegato prevalentemente nello studio delle emissioni di composti organici volatili (VOC). Le analisi sperimentali hanno permesso di identificare gli effetti delle impostazioni di processo, quali temperatura del fuso e portata di iniezione, sulla degradazione del materiale. Parallelamente, tramite simulazioni numeriche, sono state investigate le condizioni interne al materiale generate dalle diverse impostazioni di processo. Questi studi mirano a fornire un metodo predittivo per identificare, in fase di progettazione, le zone critiche di un componente dove la degradazione potrebbe portare alla formazione di bolle interne. In aggiunta, è stato approfondito il tema della formazione dei difetti superficiali noti come silver streaks. In relazione a studi precedenti, si è verificata la validità di valori di pressione e velocità del flusso, tipici per la formazione di sfiammature sul componente. Infine, la ricerca ha previsto lo sviluppo di un sistema di monitoraggio in linea delle emissioni di composti organici volatili (VOC) durante il processo di stampaggio, utilizzando un sensore MOS. Questa tecnologia permette una rilevazione rapida e sensibile delle emissioni odorose, offrendo un potenziale strumento per il controllo della qualità del processo. I risultati di questa ricerca offrono implicazioni pratiche significative per l'industria della plastica riciclata. L’ottimizzazione delle impostazioni di processo, individuata attraverso questo studio, può migliorare la qualità dei manufatti stampati, riducendo la formazione di bolle interne e difetti superficiali, e favorendo un utilizzo più affidabile del polipropilene riciclato in applicazioni industriali di alto valore. Inoltre, il monitoraggio in linea delle emissioni VOC rappresenta un passo avanti nella valutazione della degradazione dei materiali in tempo reale, aprendo nuove prospettive per il controllo qualità nel processo di stampaggio. Questa ricerca contribuisce quindi non solo all’avanzamento della letteratura sui polimeri riciclati, ma fornisce anche strumenti concreti per affrontare le sfide legate alla qualità dei materiali riciclati, con potenziali sviluppi futuri nel settore della sostenibilità e dell’economia circolare.