Green polymer binders for roofing nonwoven membranes

This thesis is part of a larger project focused on studying and evaluating performances of renewable binders in nonwoven industrial production for roofing applications. Indeed “green” chemistry provides the potential to improve sustainability and safety while mainteining competitiveness of industrial products. Traditionally nonwoven is a composite material produced from PET fibers, which are reinforced with glass yarns and bound together by a synthetic resin. This resin contains formaldehyde, a substance that requires replacement because of its declared carcinogenicity. Starch and lignin are natural polymers that have the capability to act as possible substitutes. The binder has the property of penetrating nonvowen, which is about 1mm-thick, and curing after a thermal treatment. To achieve good mechanical results, different parameters such as binder dry content and process speed need to be taken into consideration. The starting point has been an industrial testing of a renewable recipe composed of materials suggested during a previous screening step of the project. Characterization of the binder and the final product was done in order to evaluate the potential of these material. Therefore the actual binder development were performed on the pilot plant and the resulting products were tested by means of mechanical characterization.

Questa tesi si inserisce all'interno di un progetto più ampio riguardante lo studio e la valutazione delle prestazioni di leganti di origine naturale nella produzione industriale di tessuto nontessuto nel settore del roofing. La cosiddetta chimica “verde” offre infatti molte potenzialità per migliorare la sostenibilità e la sicurezza pur mantenendo la competitività dei prodotti. Storicamente il nontessuto è un materiale composito che si produce unendo fibre di PET, rinforzate con fili di vetro e tenute assieme mediante una resina sintetica. Questa resina contiene formaldeide, una sostanza che è stata dichiarata cancerogena e dev'essere perciò sostituita. Amido e lignina sono polimeri naturali che hanno le potenzialità per svolgere questa funzione. La resina legante viene diluita nel cosiddetto bagno di impregnazione, definito genericamente come binder per estensione del termine. Il binder ha la proprietà di penetrare nel nontessuto, che è spesso circa 1 mm, e filmare mediante un trattamento termico e la successiva solidificazione. Per ottenere buone proprietà meccaniche devono essere tenuti in considerazione molti parametri, come ad esempio il contenuto di solidi del binder e la velocità del processo. Traendo beneficio dallo screening di alcuni materiali provenienti da fonti rinnovabili, si é testato su scala industriale una ricetta 100% rinnovabile, caratterizzando binder e prodotto ottenuto per valutarne le potenzialità. Lo sviluppo effettivo è stato poi condotto mediante prove su impianto pilota e caratterizzazione meccanica dei prodotti ottenuti.