Gli adesivi sono quasi sempre basati su materie prime fossili come il petrolio. I ricercatori del Fraunhofer hanno recentemente sviluppato un processo che permette di utilizzare la cheratina per questo scopo. Questo composto proteico altamente versatile si trova, ad esempio, nelle piume di pollo. Non solo può essere utilizzato per produrre una serie di adesivi diversi per una varietà di applicazioni, ma i processi e i prodotti finali sono anche sostenibili e seguono i principi di base alla base di un’economia circolare bioispirata. Il progetto, sviluppato insieme a Henkel AG &Co. KGaA, si rivolge a un mercato da miliardi di dollari.
Gli adesivi si trovano quasi ovunque:nelle scarpe sportive, negli smartphone, nei rivestimenti per pavimenti, nei mobili, nei tessuti o negli imballaggi. Anche i parabrezza delle auto vengono incollati in posizione utilizzando adesivi. Gli esperti riconoscono più di 1.000 tipi diversi di adesivi. Questi possono legare quasi ogni materiale immaginabile a un altro. Gli adesivi pesano pochissimo e quindi si prestano a un design leggero. Le superfici incollate con adesivo non si deformano perché, a differenza dei fissaggi a vite, il carico è distribuito uniformemente. Gli adesivi non arrugginiscono e sigillano l'umidità. Anche le superfici incollate con adesivo sono meno sensibili alle vibrazioni. In aggiunta a ciò, gli adesivi sono poco costosi e relativamente facili da lavorare.
Tradizionalmente, gli adesivi sono stati quasi sempre realizzati con materie prime fossili come il petrolio. L'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria interfacciale e la biotecnologia IGB ha recentemente adottato un approccio diverso. I ricercatori hanno utilizzato le piume come materiale di base al posto del petrolio. Le piume sono un sottoprodotto della produzione di carne di pollame. Vengono distrutti o mescolati nei mangimi per animali. Ma le piume sono troppo preziose per essere sprecate perché contengono la proteina strutturale cheratina. Questo biopolimero si trova negli animali e costituisce artigli, artigli, zoccoli o piume. La sua struttura fibrosa è estremamente resistente.
La cheratina è un materiale biodegradabile e quindi ecologico, la cui struttura possiede proprietà specifiche che lo rendono particolarmente adatto alla realizzazione di adesivi. La struttura polimerica della cheratina, cioè le sue molecole a catena molto lunga, nonché la sua capacità di subire reazioni di reticolazione la predestinano alla produzione di vari adesivi. "Le proprietà necessarie per gli adesivi sono in una certa misura già inerenti al materiale di base e devono solo essere sbloccate, modificate e attivate", spiega il responsabile del progetto Dr. Michael Richter.
Negli ultimi tre anni Fraunhofer IGB ha collaborato con Henkel AG &Co. KGaA al progetto KERAbond:"Sostanze chimiche speciali da proteine funzionali di cheratina personalizzate" - Kera è l'abbreviazione di cheratina, combinata con la parola inglese bond. Henkel è leader di mercato globale nel settore degli adesivi.
I partner del progetto hanno recentemente sviluppato e perfezionato un nuovo processo. Nella prima fase le piume ricevute dal macello vengono sterilizzate, lavate e triturate meccanicamente. Successivamente, un processo enzimatico divide i biopolimeri a catena lunga o le catene proteiche in polimeri a catena corta mediante idrolisi.
Il prodotto finale è una piattaforma chimica che può servire come materiale di base per l'ulteriore sviluppo di adesivi appositamente formulati. "Utilizziamo il processo e la piattaforma chimica come una "cassetta degli attrezzi" per integrare le proprietà biopotenziate nel prodotto finale", afferma Richter. Ciò significa che è possibile specificare parametri per l'adesivo speciale desiderato come tempo di indurimento, elasticità, proprietà termiche o resistenza. Inoltre, non sono solo gli adesivi facili da produrre, ma anche le sostanze correlate come indurenti, rivestimenti o primer.
Nella fase successiva, il team Fraunhofer ha iniziato a convertire le piume su larga scala. L'accelerazione del processo è toccata al Centro Fraunhofer per i processi chimico-biotecnologici CBP di Leuna. L'obiettivo era dimostrare che le piattaforme chimiche a base di cheratina possono essere prodotte anche su scala industriale in modo economicamente efficiente. Ciò ha comportato la lavorazione di diversi chilogrammi di piume di pollo, e il materiale prodotto è stato utilizzato per promettenti prove iniziali sui materiali presso Fraunhofer IGB e Henkel.
Questo processo bioispirato è di particolare importanza per la Fraunhofer-Gesellschaft. E questo non solo perché si tratta di materie prime biodegradabili o di metodi di produzione particolarmente efficienti. La biotecnologia è infatti uno dei principali campi di ricerca della Fraunhofer-Gesellschaft. Richter spiega il concetto alla base:"Ci ispiriamo a funzionalità o proprietà che già esistono in natura o nelle materie prime naturali. E cerchiamo di tradurre queste proprietà in prodotti attraverso metodi di produzione innovativi. Ciò genera un ciclo bioispirato per materie prime preziose. "
Fraunhofer IGB è attivo da anni in tutti gli aspetti della bioeconomia e ha sviluppato una competenza esclusiva, ad esempio quando si tratta di cheratina. Ecco perché l'azienda chimica Henkel si è rivolta a Fraunhofer IGB per questo progetto.
Il progetto ha un certo peso economico. Secondo Statista, nel 2019 solo in Germania sono state prodotte circa un milione di tonnellate di adesivi. Il valore totale è di circa 1,87 miliardi di euro.
Anche i risultati scientifici sono all'altezza:per il nuovo processo è stata depositata una domanda di brevetto ed è stato pubblicato un articolo su una rivista scientifica. Due dottorandi si prevede che gli studenti che hanno condotto ricerche approfondite sul progetto presso Henkel e Fraunhofer completeranno le loro tesi nel primo trimestre del 2024. Questa nuova tecnologia basata sulla cheratina consentirà di produrre una serie di piattaforme chimiche in modo sostenibile e bioispirato. /P>
Fornito da Fraunhofer-Gesellschaft
