Sai davvero cosa succede quando stampi il PVC?

Il PVC è uno dei materiali polimerici più diffusi al mondo. Lo troviamo sotto forma di plastica estremamente rigida e dura, usato per esempio per i serramenti. Ma è famoso anche per essere uno dei materiali più morbidi ed elastici, e viene usato per esempio nel wrapping. Cosa gli permette di assumere proprietà così diverse? E come si può stampare?

Un paio di numeri fa, all’inizio del nostro viaggio alla scoperta dei materiali e della loro stampabilità, abbiamo cercato di capire meglio cos’è la plastica. Ovviamente, la prima cosa che abbiamo notato è che esistono moltissimi tipi diversi di plastica, dalle caratteristiche chimiche e fisiche anche completamente diverse tra loro. In questo numero approfondiremo una particolare tipologia di plastica, davvero molto diffusa e versatile: il PVC. Sono fatti di questo materiale mobili, pavimenti, infissi, parti di automobili, e perfino le carte di credito. Anche nel caso del PVC, quando parliamo di stampa ci dobbiamo fare alcune domande:

• Qual è la destinazione d’uso del prodotto finito?
• Che resistenze sono necessarie, durante la lavorazione e dopo?
• Quali lavorazioni sono necessarie per arrivare al prodotto finito?
• In che modo posso rendere la lavorazione e il prodotto finito sostenibili per l’ambiente e le persone?

Queste domande sono fondamentali per capire in che modo rispettare la normativa sulla sicurezza, tenendo presente che oltre a questa, chi lavora con il PVC si attiene spesso anche a un impegno volontario per lo sviluppo sostenibile dell’industria europea, detto VinylPlus. Rispondere a queste domande iniziali sarà propedeutico a queste:

• Ho bisogno di pretrattamento e post-trattamento?
• Quale tecnica di stampa userò?
• Quale inchiostro?
• Come verrà lavorato il prodotto dopo la stampa?

Duro, morbido, ma sempre PVC: un po’ di chimica

La sigla PVC sta per “polivinilcloruro”, nome che fa immediatamente intuire la sua composizione chimica. “Poli”, in greco, significa “molti”, ed è la stessa particella che ritroviamo nella parola “polimero”. “Vinil” fa subito pensare al vinile – che infatti è uno dei nomi con cui è noto il PVC – e “cloruro” richiama alla mente il cloro – che non a caso è uno dei suoi componenti. Il PVC è stato scoperto a metà dell’Ottocento. Si forma a partire da da due materiali facilmente ritrovabili in natura: sale (per il 57%) e petrolio (per il 43%). Dal primo si ottiene il cloro, attraverso l’elettrolisi dell’acqua salata, e dal secondo l’etilene. Combinati insieme, cloro gassoso ed etilene formano il 1,2-dicloroetano (dicloruro di etilene o 1,2-DCE), intermedio per la produzione del monomero di cloruro di vinile o vinilcloruro (CVM). Un altro modo per ottenere il 1,2-dicloroetano è dalla reazione di etilene e acido cloridrico. Il passaggio da monomero a polimero si chiama (appunto) polimerizzazione, e avviene attraverso l’unione di più monomeri di cloruro di vinile in modo che si formino lunghe molecole lineari. Questo processo dà origine alla resina, che si presenta sotto forma di polvere fine e bianca (tipo zucchero o sabbia sottile). È a questa resina che vengono aggiunti gli additivi più diversi, così da ottenere le caratteristiche che di volta in volta il PVC deve avere, a seconda della destinazione d’uso del prodotto finito: resistenza, durezza, elasticità… Gli additivi possono essere di vari tipi: stabilizzanti, per mantenere le caratteristiche chimico-fisiche del materiale, impedendone l’invecchiamento e la degradazione termica; plastificanti, per migliorare la plasticità o fluidità del materiale; lubrificanti, per abbassare la viscosità della massa polimerica e far “scivolare” il polimero fuso lungo le pareti metalliche durante la lavorazione; filler, per migliorare alcune proprietà del materiale (scorrevolezza, miscibilità, resistenza all’urto, brillantezza superficiale, caratteristiche antifiamma…) e ogni tanto ottimizzare i costi (nel caso per esempio del carbonato di calcio); pigmenti, per colorare il materiale. Dalla miscelazione di questi elementi si ottengono i cosiddetti “compound”, che significa letteralmente “composto”. Questi compound possono avere la forma di granuli o essere in “dry blend”, ovvero sotto forma di polvere secca. I granuli si ottengono miscelando PVC da sintesi e additivi in un estrusore bivite. Da qui esce una specie di “spaghetto” di PVC che viene tagliato (in gergo “pellettizzato”) con delle lame a distanza regolare, così da assumere la forma di granulo. Sotto forma di “dry blend”, invece, il PVC viene mescolato con ulteriori additivi, setacciato e imballato come polvere asciutta. La produzione di compound non è semplice, e anzi richiede competenze chimiche, tecniche e legali specifiche, per ottemperare alla severa legislazione che norma il settore sia dal punto di vista dell’igiene che della sicurezza.

Il PVC è uno dei materiali polimerici più duttili. Viene usato nel mercato automotive e nautico, nel fashion, nella comunicazione visiva, nell’interior decoration. Foto: PVC Forum

Tutte le tecniche di lavorazione e di decorazione

A questo punto, il PVC sotto forma di compound o di dry blend è pronto per essere ulteriormente lavorato e assumere le caratteristiche necessarie per realizzare i prodotti finiti. Le lavorazioni alle quali può essere sottoposto variano enormemente proprio a seconda della destinazione d’uso e alla tipologia di decorazione richiesta. Grazie alla sua eccezionale versatilità, il PVC può assumere forme e caratteristiche estremamente diverse, ed è quasi incredibile pensare che gli infissi o il pavimento di casa (rigidi, opachi, estremamente duri e resistenti) siano fatti della stessa sostanza di cui è fatta la pellicola che usiamo per avvolgere gli alimenti (trasparente, elastica e sottilissima). Ottenere risultati così diversi è possibile perché si aggiungono additivi diversi, ma anche perché si parte da PVC qualitativamente diversi all’origine, con “valori K” anche molto diversi tra loro.

La stampa e la verniciatura del PVC

La pellicola in PVC usata per gli alimenti può essere stampata con inchiostri appositi, come in questo esempio di Gruppo Fabbri. Foto: Gruppo Fabbri

Il PVC, una volta sottoposto a tutte queste trasformazioni, può essere ulteriormente lavorato. Per esempio, può essere stampato o verniciato. Essendo un materiale plastico, non è semplicissimo far aderire gli inchiostri, tradizionali o digitali che siano, e le vernici. Come abbiamo spiegato nell’articolo dedicato alla plastica, su WIDE 38, sono necessari pretrattamenti chimici (primer di vario tipo) e fisici (fiammatura, plasma atmosferico, trattamento corona). Non solo: bisogna sottoporre i prodotti a un ottimo curing per asciugare perfettamente gli inchiostri, e talvolta sottoporli anche a post-trattamenti per fissarli meglio. In determinati settori che hanno bisogno di resistenze molto alte, come nel caso dei pavimenti in PVC, le stampe devono essere protette addirittura con delle laminazioni. Le difficoltà di stampa del PVC sono dovute alla tensione superficiale dei polimeri, che rendono ardua l’adesione e la bagnabilità. Normalmente, su PVC si stampa con inchiostri UV, UV LED, ecosolvent, ma anche gli inchiostri a base acqua offrono delle ottime performance in alcuni settori. Si può stampare in digitale, in serigrafia, in tampografia e flessografia. Si trovano in commercio anche inchiostri speciali a bassa migrazione, adatti per applicazioni nel settore food. Anche in questo caso, è fondamentale capire quali resistenze dovrà avere il prodotto finito: un conto sono gli infissi decorati con effetto legno, e un altro sono le pellicole per avvolgere gli alimenti. C’è un ulteriore aspetto da tenere in considerazione: sulla base dell’inchiostro o della vernice scelti si può avere la possibilità di nobilitare o meno il prodotto finito con hot foil. Di solito si sceglie di tenere in macchina inchiostri sovrastampabili, per motivi pratici. Nel caso in cui siano necessarie resistenze chimiche o meccaniche superiori, si può passare a quelli non sovrastampabili.

Cosa dice la normativa

Pur essendo un materiale completamente sicuro, durante la produzione e la lavorazione del PVC devono essere prese precauzioni, soprattutto in alcune fasi, come la produzione del CVM (sostanza classificata cancerogena) e durante la fase di miscelazione. Sono diverse le sostanze dannose per la salute e per l’ambiente che, negli anni, sono state usate come additivi (piombo, cadmio, ftalati a basso peso molecolare). Anche la stampa è considerata delicata, soprattutto quando il PVC viene usato nel settore food o per la produzione di giocattoli. Per questo motivo, le aziende e gli operatori che trattano il PVC, a ogni stadio della filiera, sono chiamati a rispettare severe normative di igiene e sicurezza. Nella Comunità Europea, sono diversi i regolamenti alle quali si fa riferimento, a cominciare dal regolamento REACh (CE n. 1907/2006), acronimo di “Registration, Evaluation, Authorisation and restriction of Chemicals”, cioè “registrazione, valutazione, autorizzazione e restrizione delle sostanze chimiche”. È una complessa e dettagliata normativa europea che ha l’obiettivo di mitigare i rischi legati all’uso di sostanze chimiche, per cui le aziende sono tenute a fornire informazioni sulle loro proprietà e i loro rischi e a registrare questi dati presso un’agenzia centrale. Dal 1° dicembre 2010, inoltre, sono entrati in vigore anche il Regolamento CLP (Classification, Labelling and Packaging) 1272/2008/CE, che ha allineato il sistema di classificazione europeo delle sostanze chimiche al sistema mondiale, noto come GHS, e il Regolamento UE 453/2010 relativo alla redazione delle Schede Dati di Sicurezza (SDS), che si inserisce nel quadro del REACh. I plastificanti sono soggetti a una strettissima regolamentazione, tra cui il regolamento 793/93/CE, che norma la valutazione e il controllo del rischio delle sostanze esistenti. Oltre alla normativa, molte aziende che fanno parte della filiera del PVC aderiscono al programma previsto dall’Impegno Volontario decennale VinylPlus, promosso, tra gli altri, dalle associazioni europee dei produttori di polimero (ECVM), di stabilizzanti (ESPA), di plastificanti (EP) e dei trasformatori (EuPC) e di cui è parte attiva anche il PVC Forum e dall’European Council of Vinyl Manufacturers (ECVM). Sono stati fatti molti passi avanti per rendere la lavorazione del PVC sempre più sicura e sostenibile. Per esempio, dal 2001 il cadmio (cancerogeno e tossico per l’ambiente acquatico) non viene più usato come stabilizzante, e si sta progressivamente eliminando anche il piombo, sostituito da stabilizzanti a base di calcio-zinco. Infatti, in attesa che le restrizioni sull’uso del piombo diventino applicabili, le aziende produttrici non lo commercializzano in Europa e il programma VinylPlus non ne prevede più l’utilizzo. Al di fuori della Comunità Europea, altre leggi sono in vigore, e per questo motivo è importante verificare la provenienza del PVC da stampare e lavorare, e scegliere oculatamente a seconda della destinazione d’uso del prodotto finito. Per quanto riguarda la stampa su PVC, nel settore food bisogna tenere presente la Swiss Ordinance on Materials and Articles (SR 817.023.21), la Nestlé Guidance Note on Packaging Inks e i documenti relativi alla manifattura e alla fornitura di inchiostri per gli imballaggi alimentari della EuPIA, l’European Printing Ink Association. Per quanto riguarda i giocattoli, ci si affida solitamente alla EN 71-3.

Film alimentare in PVC stampato nella sede del Gruppo Fabbri, a Vignola in provincia di Modena.

PVC e ambiente: produzione sostenibile e riciclo

Due delle grandi innovazioni ambientali legate al PVC sono la possibilità di rendere la produzione sempre più sostenibile e di potenziare il riciclo. Queste preoccupazioni sono condivise dalle aziende che fanno parte della filiera, impegnate anche a livello volontario nella risoluzione di questi problemi. I produttori europei di PVC, riuniti nell’associazione ECVM (European Council of Vinyl Manufacturers), hanno deciso di applicare un proprio protocollo, l’ECVM Charter, a cui tutti devono far riferimento per ridurre l’impatto ambientale della produzione. Ma è VinylPlus il più importante programma di Impegno Volontario per la sostenibilità dell’industria europea del PVC, che prevede il coinvolgimento di tutta la filiera per rendere la produzione sempre più ecologica e gestire il problema del fine vita dei prodotti. Per quanto riguarda il primo punto, le moderne metodologie e tecnologie di produzione del PVC sono state studiate e migliorate per minimizzare l’impatto sull’ambiente e i rischi per la salute dei lavoratori e della popolazione che abita vicino agli stabilimenti. Per esempio, le celle a mercurio e a diaframma usate per il processo di elettrolisi del cloruro di sodio sono state sostituite da celle a membrana, più sicure ed ecologiche. Gli impianti di produzione usano sistemi di produzione automatizzati, a ciclo chiuso e integrato, che permettono da un lato di controllare e recuperare i sottoprodotti, e dall’altro di abbattere le emissioni inquinanti. Per quanto riguarda invece il secondo punto, l’ultimo bilancio di VinylPlus, che risale al 2017, conferma un trend del riciclo in costante crescita. Nel 2017 sono state riciclate 639.648 tonnellate di PVC, +12% rispetto al 2016, e in linea con l’obiettivo di recuperarne 800.000 all’anno entro il 2020. Oltre 300 mila tonnellate provengono da profili finestra, tapparelle, scuri e altri profili per edilizia. Dal 2000 a oggi VinylPlus ha recuperato e riciclato oltre quattro milioni di tonnellate di PVC; nel 2017 le prime due nazioni europee per quantità di PVC riciclato sono state la Germania e l’Inghilterra, seguite da Italia e Francia. Il PVC recuperato viene di solito “tagliato” con percentuali variabili di polimero vergine. Il PVC rigido riciclato viene usato soprattutto per produrre tubi, profilati, barriere antirumore e monofili per spazzole. Quello plastificato, che costituisce una buona parte del PVC riciclato, viene usato principalmente per realizzare tubi da giardino, membrane impermeabilizzanti, separatori per il traffico, tappetini e paraspruzzi per il settore automotive e suole per l’industria calzaturiera.