An initial investigation on microplastics release from UHMWPE ski bases: physical modelling and spectroscopic analysis

The aim of this master’s thesis is to focus on the potential release of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) microplastics from ski bases used in downhill skiing. The volume of material released due to wear is analyzed in two different contexts: the real scenario, represented by samples collected in natural environments from ski slopes located in Valle d’Aosta, and the laboratory scenario. The latter consists of reproducing the ski gliding on the snow surface under controlled conditions using a snow tribometer. The samples collected from both contexts are chemically treated through a process involving hydrogen peroxide digestion, density separation in sodium chloride and filtration using silicon membranes. The sample contents are evaluated qualitatively using a preliminary FTIR spectroscopy analysis to isolate polyethylene particles, followed by Raman spectroscopy to further investigate the nature of the isolated particles, using the unique presence of carbon-based additives in polyethylene used for ski bases. The procedure described in this thesis has proven to be reproducible for both types of samples and effective in isolating particles of interest. Verifying the potential release of these particles represents a starting point for assessing the impact of skiing on the mountain environment and directing research toward developing competitive alternatives with lower environmental impact.

La tesi magistrale qui presentata si prefigge come obiettivo quello di porre l’attenzione sul possibile rilascio di microplastiche di polietilene ad altissimo peso molecolare dalle solette degli sci da discesa. Il volume di materiale rilasciato in conseguenza del fenomeno di usura viene analizzato in due contesti differenti: lo scenario reale, rappresentato da campioni prelevati da piste da sci localizzate in Valle d’Aosta e lo scenario laboratoriale. Quest’ultimo consiste nella riproduzione del fenomeno in condizioni controllate attraverso l’utilizzo di un tribometro a neve. I campioni prelevati nei due contesti vengono trattati chimicamente secondo un processo di digestione in acqua ossigenata, separazione per densità in cloruro di sodio e filtrazione mediante membrane in silicio. Il contenuto dei campioni viene valutato in termini qualitativi tramite un’analisi preliminare con spettroscopia FTIR volta ad isolare le particelle di polietilene e un’analisi con spettroscopia Raman per approfondire la natura delle particelle isolate, sfruttando la peculiare presenza di additivi di natura carboniosa nel polietilene utilizzato per le solette degli sci. La procedura illustrata in questo lavoro di tesi si dimostra riproducibile su entrambe le famiglie di campioni ed efficace nell’isolare le particelle di interesse. La verifica del possibile rilascio rappresenta il punto di partenza per valutare l’impatto dell’attività sciistica sull’ambiente montano e indirizzare la ricerca sullo sviluppo di alternative competitive a minor impatto.