Uno degli argomenti studiati attualmente presso il Dipartimento di Tecnologia dei Prodotti Forestali della Scuola di Tecnologia Chimica è l'uso della nanocellulosa come rinforzo di polimeri come le termoplastiche. Nanocellulosa, o fibra di legno scomposta su scala nanometrica, mescolato con un polimero si traduce in un materiale tenace. Questo prodotto puramente naturale può sostituire le fibre sintetiche a base di petrolio comunemente usate oggigiorno per rinforzare i materiali compositi.
Nella sua tesi di dottorato, Mindaugas Bulota, M.Sc. (Tecnico), compositi studiati fatti di acido poli(lattico) (PLA) e cellulosa. Bulota ha osservato che anche una piccola quantità di cellulosa migliora la tenacità del PLA. Quando la quantità di cellulosa nel composito era inferiore al 5% in peso, la tenacità del composito era circa dieci volte superiore a quella del polimero puro.
Questo materiale composito è rinnovabile e, secondo il ricercatore, si decompone in circa diversi mesi.
"Si decomporrebbe in acqua e anidride carbonica in un ambiente di compostaggio naturale e non danneggerebbe la natura, "Spiega Bulota.
Due polimeri fragili si combinano per formare un materiale resistente
Sia il PLA che la cellulosa sono polimeri fragili.
"Se questa penna nella mia mano fosse fatta di nanocellulosa, si sarebbe rotto in pezzi non appena caduto sul pavimento. Ancora, la nanocellulosa mescolata con il PLA si traduce in un materiale resistente che sarebbe in grado di sopportare carichi di servizio, "Bulota descrive.
"È come se il vetro fragile fosse magicamente trasformato in plastica dura, "Illustra Bulota.
Certo, non è così semplice. La cellulosa è idrofila, il che significa che si mescola facilmente con l'acqua e quindi non si lega facilmente con il polimero PLA idrofobo o idrorepellente. In una reazione chiamata esterificazione, alcuni dei gruppi OH idrofili nella cellulosa sono sostituiti da gruppi esteri idrofobici, che migliorano la compatibilità. Il livello di sostituzione può essere utilizzato per controllare il comportamento meccanico dei compositi.
Prodotto rinnovabile con molte potenziali applicazioni
Sono stati prodotti film compositi PLA-nanocellulosa di 70 micrometri di spessore e le loro proprietà meccaniche sono state testate. Particolare attenzione è stata prestata ai loro meccanismi di deformazione e fabbricazione sotto carico meccanico in tensione.
Inoltre, la struttura chimica del composito è stata esaminata mediante spettroscopia Raman. Le bande di intensità in uno spettro Raman indicano una maggiore concentrazione di materiale nel composito. La nanocellulosa deve essere distribuita uniformemente all'interno di un polimero per ottenere le migliori proprietà.
I meccanismi di deformazione e frattura dei compositi su scala nanometrica sono fenomeni complessi che non sono ancora del tutto compresi. Sono necessari ulteriori studi sul comportamento della nanocellulosa all'interno del polimero.
"Se riusciamo a comprendere meglio ciò che accade nella nanocellulosa e nel composito PLA sotto carico meccanico, ci avviciniamo a una ricetta per produrre un nuovo tipo di materiali rispettosi dell'ambiente, difficile, forte e rinnovabile. Inoltre saremmo in grado di personalizzare le proprietà di questi materiali in base alle proprie esigenze, Bulota spiega."
La gamma delle possibili applicazioni è ampia.
"I compositi di nanocellulosa potrebbero essere adatti a varie applicazioni come impianti medici, schermi flessibili, impalcatura per l'ingegneria dei tessuti, solo per citarne alcuni. Potrebbe anche fornire un'alternativa ecologica per le materie plastiche a base di petrolio che sono ampiamente utilizzate negli imballaggi. L'ampio uso di plastica non degradabile ha portato a disastri ecologici come "The Great Pacific Garbage Patch" che è costituito da spazzatura di plastica che galleggia nell'Oceano Pacifico ed è due volte più grande degli Stati Uniti".
