ITTO20110927A1 - Filo per tagliaerba comprendente un materiale polimerico biodegradabile e relativo materiale polimerico biodegradabile - Google Patents

Description

“FILO PER TAGLIAERBA COMPRENDENTE UN MATERIALE POLIMERICO BIODEGRADABILE E RELATIVO MATERIALE POLIMERICO BIODEGRADABILEâ€

SETTORE TECNICO

La presente invenzione à ̈ relativa ad un materiale polimerico biodegradabile, in particolare per l’uso in prodotti estrudibili, laminabili o stampabili che richiedono elevate prestazioni meccaniche.

Vantaggiosamente il materiale polimerico della presente invenzione viene utilizzato in un filo per dispositivi motorizzati a testa rotante quali ad esempio decespugliatori o tagliasiepi o tagliaerba, dispositivi che nel seguito verranno collettivamente designati come “tagliaerba†.

Vantaggiosamente tale materiale polimerico à ̈ utilizzabile anche in ambiti differenti quali ad esempio: monofili e setole per spazzole industriali e stradali in genere, bandelle/fascette per realizzazione di manici per contenitori di vario genere; accessori e minuteria per agricoltura e giardinaggio, prodotti mediante stampaggio ad iniezione.

STATO DELL’ARTE ANTERIORE

È noto che a causa di normative sempre più stringenti ed a causa di una incrementata sensibilità ecologica il mercato richiede sempre più spesso che materiali classici tradizionali vengano sostituiti con bioplastiche, ovvero plastiche ottenute da fonte rinnovabile e/o plastiche compostabili e/o biodegradabili.

L’uso delle bioplastiche comunemente utilizzate à ̈ però limitato dal fatto che esse hanno caratteristiche meccaniche non adeguate, in particolare una resistenza all’abrasione ed una tenacità minori e una minore resistenza alle alte temperature.

Si à ̈ quindi continuamente alla ricerca per numerose nuove applicazioni di bioplastiche ad alte prestazioni in particolare con alte prestazioni meccaniche e resistenza all’alta temperatura.

In particolare tale esigenza à ̈ sentita nell’ambito dei fili per tagliaerba.

I tagliaerba sono generalmente provvisti di un motore a combustione o un motore elettrico che ruota a velocità molto elevate da 3000 fino anche a 10000 giri per minuto e sono provvisti di uno o più fili per il taglio di erba, siepi e simili materiali, nel seguito anche chiamato per semplicità e complessivamente materiale vegetale.

Il filo ad alta velocità permette di spezzare erba e piante. A tale scopo però deve avere caratteristiche meccaniche elevate in modo da riuscire a tagliare senza usurarsi velocemente. Inoltre deve essere flessibile per poter essere arrotolato e allo stesso tempo anche resistere alle alte temperature raggiunte durante il funzionamento.

I vari polimeri sono generalmente estrusi in vari diametri e sezioni, ad esempio con sezione poligonale, quadrata, pentagonale, esagonale, triangolare circolare o a stella.

Un grave problema dei fili tagliaerba ad oggi utilizzati à ̈ che sono generalmente realizzati in materiali non biodegradabili. Questo significa che quando il filo si usura e si rompe, viene disperso tra l’erba inquinandola gravemente e limitandone la compostabilità e la biodegradabilità. Il filo non biodegradabile viene generalmente disperso nell’ambiente, ad esempio sui bordi delle strade ed ad ogni taglio la dispersione di materiale inquinante disperso aumenta.

Viene stimato che la quantità di filo per tagliaerba consumata ogni anno nel mondo sia di ben 25.000 Tonnellate e tutto questo materiale à ̈ non solo inquinante per sé, ma va ad inquinare l’ambiente e materiale vegetale eventualmente compostabile.

È stato anche proposto di limitare legalmente l’utilizzo di materiali non degradabili per formare i fili di tagliaerba, ma al momento non esiste sul mercato un filo in grado di essere completamente biodegradabile ed al tempo stesso permettere di mantenere le elevate caratteristiche meccaniche dei fili attualmente utilizzati nell’applicazione specifica.

È stato proposto nel brevetto US2003033960 di risolvere il problema sopra esposto utilizzando un filo realizzato interamente in una resina da fonte rinnovabile quale il PLA ed in particolare a partire da una resina ottenuta da amido naturale quale quella descritta nel brevetto US5869647.

Tale filo però non funziona, infatti, nonostante quanto suggerito dal brevetto, questa resina non ha le necessarie caratteristiche meccaniche per poter essere realmente e vantaggiosamente utilizzato in un tagliaerba. Il filo in polimero da fonte rinnovabile descritto nel brevetto non sembrerebbe essere infatti reperibile in commercio e provando ad inserire un filo ad esempio in PLA in un tagliaerba risulta chiaro come il materiale si degradi quasi immediatamente senza che questo si possa efficacemente utilizzare.

È stato anche proposto nel brevetto US6061914 di utilizzare un assai più complesso filo con una guaina esterna in poliamide ed un nucleo in materiale biodegradabile.

Secondo quanto scritto nel brevetto tale filo dovrebbe risolvere il problema, perché dopo la biodegradazione del nucleo il filo in poliammide sarebbe attaccato sia dall’esterno sia dall’interno dagli agenti atmosferici e quindi la sua degradazione sarebbe più veloce.

Tale filo non risolve però assolutamente il problema sopra esposto. In particolare la poliamide non viene degradata affatto dagli agenti atmosferici, tanto à ̈ vero che gli oggetti in poliamide vengono considerati quasi eterni e si deteriorano solo esteticamente nel tempo.

Il tempo di degradazione di un tale filo rimarrebbe nell’ordine dei decenni e quindi sarebbe ben lontano dal risolvere i problemi summenzionati.

Entrambe tali soluzioni brevettate non risolvono quindi il problema sopra esposto e si à ̈ ancora alla ricerca di un filo per tagliaerba che possa essere considerato biodegradabile e che quindi diminuisca l’inquinamento dovuto alla dispersione del filo stesso nel materiale vegetale tagliato e nell’ambiente.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

Un primo scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire un filo per tagliaerba che abbia le necessarie caratteristiche meccaniche e che quindi possa funzionare alle alte temperature di funzionamento dei tagliaerba senza usurarsi troppo velocemente che contemporaneamente risulti biodegradabile.

Un secondo scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un filo che sia biodegradabile più del 40 % in 180 giorni e del 100% in meno di tre anni.

Un terzo scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire una composizione polimerica in grado di avere elevate caratteristiche meccaniche, un’elevata resistenza alle alte temperature ed essere contemporaneamente biodegradabile.

Secondo la presente invenzione tali scopi vengono raggiunti da un filo secondo la rivendicazione 1 e da una composizione polimerica secondo la rivendicazione 10.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Per una migliore comprensione della presente invenzione, essa viene ora descritta anche con riferimento alle figure allegate che illustrano:

- la figura 1 Ã ̈ la rappresentazione schematica di un tagliaerba comprendente un filo realizzato in un materiale polimerico secondo la presente invenzione;

- la figura 2 à ̈ la curva di biodegradabilità misurata fino a 180 giorni di un filo realizzato in un materiale polimerico secondo la presente invenzione; e

- la figura 3 à ̈ la curva di biodegradabilità stimata fino a completa biodegradabilità del filo di figura 2.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

Nel seguito per “materiale biodegradabile†si intende un materiale di natura tale da poter subire una decomposizione fisica, chimica, termica o biologica grazie alla quale la maggior parte del compost risultante finisca per decomporsi in biossido di carbonio, biomassa e acqua.

Nel seguito per “additivo†si intende un materiale di varia natura che viene aggiunto al materiale polimerico per variarne le caratteristiche chimico-fisiche.

Nel seguito per “additivo di biodegradazione†si intende un materiale di varia natura che viene aggiunto al materiale polimerico per incrementarne la biodegradazione nel tempo.

Nel seguito per “poliamide†si intende un polimero contenente come gruppo ricorrente della macromolecola quello amidico.

Nel seguito per “poliamide monomerizzata†si intende una poliamide a cui in fase di estrusione sia stata aggiunta una determinata quantità di monomero.

Secondo la presente invenzione il tagliaerba 1 di Figura 1 comprende un filo 2 per tagliaerba comprendente un materiale o composizione polimerica biodegradabile ad elevate prestazioni meccaniche e termiche.

La composizione polimerica dell’invenzione comprende: - dal 50 al 79 % in peso di poliammide 6 sulla percentuale in peso totale del materiale. Alla poliamide 6 à ̈ aggiunto in fase di estrusione un plastificante in quantità compresa tra 5 e 20 %.

- dal 20 al 49 % di copoliammide 6/66;

- dal 0,5 al 20 % di additivo coadiuvante della biodegradabilità; e

- da 0 a 10 % di colorante.

Risulta particolarmente vantaggioso utilizzare come plastificante il caprolattame in percentuale compresa tra il 5 ed il 20%. Dato che il caprolattame à ̈ una sostanza volatile à ̈ difficile aggiungerlo in una quantità precisa non variabile e quindi la percentuale di plastificante aggiunto à ̈ generalmente designata come range di valori.

Alternativamente à ̈ anche possibile utilizzare differenti plastificanti quali la butilbenzensulfonammide.

Vantaggiosamente la poliammide 6 à ̈ presente in quantità comprese tra 60 e 75 % in peso.

Vantaggiosamente la co-poliammide 6/66 à ̈ presente in quantità comprese tra 25 ed il 35 % in peso.

Vantaggiosamente l’additivo coadiuvante della biodegradabilità à ̈ aggiunto in quantità compresa tra il 0,5 ed il 5 %, ad esempio l’1 %.

Il colorante à ̈ opzionale e può essere aggiunto vantaggiosamente in una quantità compresa tra lo 0 ed il 30 %.

Vantaggiosamente possono essere utilizzate tutte le poliammidi 6 note ed attualmente in commercio quali ad esempio Radipol S35P, AQL40 Aquafil, 1030B UBE.

Vantaggiosamente possono essere utilizzate tutte le copoliammide 6/66 note ed attualmente in commercio quali ad esempio 5034MTX1 UBE, 5034TX25 UBE, Radipol CS 38LX02066, Radipol CS 40LX0266.

Vantaggiosamente quale additivo coadiuvante della biodegradabilità possono essere utilizzati tutti gli additivi noti come ad esempio additivi oxo-degradabili, ma si sono dimostrati particolarmente efficaci copolimeri di etilenvinilacetato con ingredienti additivi di colloidi organolettici-organici coltivati, fibra naturale, quali ad esempio l’ECM Masterbatch pellets®.

Vantaggiosamente il colorante à ̈ un masterbatch colorante.

Il filo per tagliaerba à ̈ vantaggiosamente formato in una singola operazione di estrusione con sezione e diametro desiderati senza che questo cambi le caratteristiche generali dell’invenzione.

Da un esame delle caratteristiche del filo realizzato secondo la presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.

Vantaggiosamente il materiale polimerico sopra descritto permette di avere elevate prestazioni meccaniche anche ad alte temperature e ed al tempo avere un buon grado di biodegradabilità.

Mentre alcuni esempi di realizzazione sono stati descritti allo scopo di illustrare l’invenzione à ̈ chiaro che il tecnico del ramo può effettuare modifiche al tipo di materiale quali ad esempio l’aggiunta di ulteriori componenti senza uscire dallo scopo della presente invenzione.

ESEMPI 1-4

Sono stati formati dei fili consistenti di materiali polimerici la cui composizione à ̈ mostrata in Tabella 1.

Tabella 1

Ex. Polimero di base Additivo Eventuale Colorante

1 99% Mater-bi (PLA) Nessuno

1% B

2 98% Cleartuf T95 (PET) 1% A 1% B su base PET

3 98% Pocan B1700 (PBT) 1% A 1% B su base PE

4 69% poliammide 6 1 % A 1% B su base monomerizzata (additivata poliammide di caprolattame in

percentuale compresa tra

il 9 ed il 12%) 29%

Copoliammide 6/66

Dove:

A = additivo coadiuvante della biodegradabilità ECM MasterBatch pellets, su base EVA;

B = masterbatch colorante.

Gli esempi da 1 a 3 sono esempi comparativi, mentre l’esempio 4 à ̈ un materiale polimerico secondo la presente invenzione.

I fili per tagliaerba aventi sezione circolare e diametro di 3 mm sono stati sottoposti ad una prova meccanica ovvero ad un test empirico comparativo con decespugliatore.

Il risultato delle prove evidenzia come gli esempi comparativi da 1 a 3 non hanno sufficienti caratteristiche meccaniche per potere essere vantaggiosamente utilizzati come fili per tagliaerba, infatti si spezzano in frazioni di secondo, mentre il filo con il materiale polimerico dell’esempio 4 ha tempi di usura simili ai fili attualmente in commercio.

ESEMPIO 5

Il materiale polimerico dell’esempio 4 in tabella 1 à ̈ stato quindi sottoposto a prove di biodegradazione per verificarne l’effettiva biodegradabilità nel tempo.

Si à ̈ proceduto ad effettuare una prova di biodegradabilità secondo il protocollo “Determinazione della biodegradabilità aerobica ultima in condizioni di compostaggio controllate – UNI EN 14855“.

I dati ottenuti sono riportati in tabella 2 e nei grafici di Fig. 2 e 3.

Tabella 2 media GIORNO

biodegr. % 0 0,00

3 -0,13

5 1,41

7 2,62

10 4,16

12 4,84

17 6,38

21 9,00

27 13,16

33 18,67

41 24,78

48 28,14

56 33,38

66 36,87

75 38,08

83 39,49

92 40,49 102 41,30 112 41,70 124 43,79 133 43,65 151 45,20

162 45,80

180 46,67

220 49,01

280 52,66

420 60,69

620 72,34

900 88,67

1095 100,02

Dai valori ottenuti fino a 180 giorni sono stati estrapolati i valori di completa biodegradabilità prevedendo quindi matematicamente la completa biodegradabilità.

Pertanto sulla base dei dati reali registrati in 180 giorni di attività in un processo di compostaggio, estrapolati con modello matematico/statistico (TENDENZA) à ̈ possibile affermare che il filo dell’esempio 4 ha raggiunto il 46,67 % di biodegradabilità in 180 giorni, raggiungerà il 100 % di biodegradabilità in circa 1095 giorni.

I dati registrati consentono di certificare tale manufatto come conforme alla Direttiva Europea CE 94/62 in riferimento alla biodegradazione aerobica. Gli stessi dati indicano anche una compostabilità intrinseca derivante dall’applicazione della norma UNI EN ISO 14855.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Filo 1 per tagliaerba 2 comprendente un materiale polimerico comprendente: - dal 50 al 79 % di poliammide 6 additivata con un plastificante in percentuale compresa tra il 5 ed il 20%; - dal 20 al 49% di copoliammide 6/66; - dal 0,5 al 20 % di additivo coadiuvante della biodegradabilità; e - da 0 a 10 % di colorante.
2. 2. Filo per tagliaerba secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta poliammide 6 à ̈ presente in quantità comprese tra 60 e 75 % in peso.
3. 3. Filo per tagliaerba secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta co-poliammide 6/66 à ̈ presente in quantità comprese tra 25 ed il 35 % in peso.
4. 4. Filo per tagliaerba secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto additivo coadiuvante della biodegradabilità à ̈ aggiunto in quantità compresa tra il 0,5 ed il 5 %, ad esempio l’1 %.
5. 5. Filo per tagliaerba secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il colorante à ̈ aggiunto in una quantità compresa tra lo 0 ed il 5 % in peso.
6. 6. Filo per tagliaerba secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto plastificante à ̈ aggiunto in quantità compresa tra 9 e 12 %.
7. 7. Filo per tagliaerba secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto plastificante à ̈ caprolattame.
8. 8. Filo per tagliaerba secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che detto plastificante à ̈ butilbenzensulfonammide.
9. 9. Filo per tagliaerba secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che quale additivo coadiuvante della biodegradabilità vengono utilizzati additivi oxodegradabili.
10. 10. Filo per tagliaerba secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che quale additivo coadiuvante della biodegradabilità vengono utilizzati additivi che comprendono ingredienti attivi di colloidi organolettici-organici coltivati, fibra naturale.
11. 11. Filo per tagliaerba secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che quale additivo coadiuvante della biodegradabilità viene utilizzato ECM Masterbatch Pellets®.
12. 12. Filo per tagliaerba secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il colorante à ̈ un colorante masterbatch.
13. 13. Materiale polimerico comprendente: - dal 50 al 79 % di poliammide 6 additivata con un plastificante in percentuale compresa tra il 5 ed il 20%; - dal 20 al 49% di copoliammide 6/66; - dal 0,5 al 20 % di additivo coadiuvante della biodegradabilità; e - da 0 a 10 % di colorante.
14. 14. Materiale polimerico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 12.