Introduzione ai Polimeri Sostenibili
I polimeri sostenibili sono materiali derivanti da risorse di carbonio rinnovabili, riciclate e di scarto o loro combinazioni, che, alla fine del ciclo di vita, possono essere riciclati, biodegradati o compostati. Questi materiali hanno grande importanza tecnologica e sono progettati per soddisfare esigenze specifiche in termini di resistenza meccanica e rigidità, resistenza alla corrosione e agli agenti chimici, basso peso, stabilità dimensionale, resistenza a sollecitazioni variabili, urti e usura, e proprietà isolanti.
Evoluzione dei Materiali Polimerici
Nel XIX secolo, la necessità di ottenere nuovi materiali che potessero adattarsi alle crescenti esigenze portò all’utilizzo di materiali naturali, come la caseina, la gomma naturale e la cellulosa, che vennero modificati per creare materiali polimerici utili.
L’inizio dell’età dei polimeri si può far risalire al 1907, quando il chimico americano di origine belga, Leo Hendrik Baekeland, inventò la bachelite, la prima resina sintetica la cui produzione industriale prese avvio negli anni venti.
Anche il chimico tedesco Hermann Staudinger, premio Nobel per la chimica nel 1953, contribuì significativamente indirizzando la sua ricerca a materiali naturali per preparare numerose sostanze ad elevato peso molecolare. Nonostante i vantaggi offerti dai polimeri, si sono rivelati problematici per l’ambiente e i cambiamenti climatici.
Polimeri Sostenibili: Un Passo Verso un Futuro Green
Le crescenti preoccupazioni riguardo l’esaurimento delle risorse fossili e lo smaltimento dei polimeri sintetici hanno portato a un interesse sempre maggiore per lo sviluppo di polimeri sostenibili, sicuri e rispettosi dell’ambiente ottenuti da risorse rinnovabili.
Progettazione Cradle to Cradle
I polimeri sostenibili derivano da materie prime rinnovabili, riciclate o a basso contenuto di carbonio e sono progettati per essere gestiti responsabilmente alla fine del loro ciclo di vita attraverso il riciclaggio e la biodegradazione.
Cradle to Cradle
Il concetto di progettazione "Cradle to Cradle" (dalla culla alla culla) si ispira alla natura e mira a eliminare o ridurre al minimo la fase finale del ciclo di vita dei prodotti, collegandosi a un modello di economia circolare. Questo principio non solo riduce le conseguenze negative, ma punta a lasciare un impatto positivo, risultando in prodotti, processi, edifici e città sicuri per le persone, benefici per l’ambiente e vantaggiosi per le imprese.
Chimica dei Polimeri Sostenibili
I polimeri sostenibili sono costituiti da materie prime rinnovabili derivanti da biomasse e piante contenenti cellulosa, emicellulosa, amido, lignina, proteine, chitina e lipidi. Questi biopolimeri naturali offrono una vasta gamma di strutture, proprietà e funzioni. L’impiego di materie prime biobased per lo sviluppo di polimeri può ridurre l’uso delle risorse petrolchimiche e migliorare l’ambiente e il clima.
cellulosa
Cellulosa: Un Polimero Biologico
La cellulosa, un polimero biologico presente in natura, deriva principalmente dalla biomassa lignocellulosica. La sua biodegradabilità e possibilità di riciclaggio la rendono un materiale ideale per ridurre l’impatto ambientale. La cellulosa è un polisaccaride ottenibile da piante, alberi, cotone, paglia e anche da specie marine, batteri, funghi e animali, rendendola una risorsa rinnovabile.
struttura chitina
Chitina e Chitosano
La chitina, dopo la cellulosa, è il secondo polisaccaride più abbondante in natura, presente nella matrice extracellulare di invertebrati come spugne, molluschi, nematodi e artropodi, oltre a funghi. La chitina e il chitosano, ottenuto tramite deacetilazione della chitina, sono popolarmente usati come polimeri funzionali in molte applicazioni.
Proprietà e Applicazioni della Chitina e del Chitosano
La chitina e il chitosano offrono proprietà quali elevata biocompatibilità, biodegradabilità e attività antibatterica. Possono essere trasformati in pellicole, idrogel e microsfere e sono utilizzati nelle applicazioni biomediche e medicinali, come il rilascio di geni e farmaci, il trattamento delle ferite, la rigenerazione ossea e l’ingegneria tissutale.
Polimeri Biodegradabili con Amido
Una promettente soluzione per la produzione di polimeri sostenibili è la miscelazione di polimeri biodegradabili con amido. Questi polimeri offrono un’alternativa sostenibile ed ecologica che può ridurre significativamente i rifiuti di plastica e minimizzare la dipendenza dalle risorse fossili. Prodotti da risorse rinnovabili come il mais, possono essere biodegradabili o compostabili. La compatibilità tra l’amido e altri biopolimeri, come il polibutilene succinato (PBS), l’acido polilattico (PLA) e i poliidrossialcanoati (PHA), è una sfida di ricerca in varie aree della lavorazione alimentare.
Conclusione
L’adozione e lo sviluppo di polimeri sostenibili sono di cruciale importanza per affrontare le sfide ambientali e promuovere una gestione responsabile delle risorse attraverso l’innovazione tecnologica e la sostenibilità.