n

HDPELDPE

nPP n

PS

Nylon-6,6

PMMA

I POLIMERI TRADIZIONALII POLIMERI TRADIZIONALI

O

O

NHn

Poliuretani

O

O

nPolesteri

Arn

Resine fenoliche Resine amminichen NH

TERMOINDURENTI

TERMOPLASTICI

TERMOINDURENTITERMOINDURENTIUna volta iniettati in uno stampo Una volta iniettati in uno stampo

la loro forma non può essere la loro forma non può essere ulteriormente modificata ulteriormente modificata

attraverso processi termici.attraverso processi termici.

LA COSCIENZA ECOLOGICALA COSCIENZA ECOLOGICA(1)(1)

I I polimeri sinteticipolimeri sintetici hanno sostituito i metalli, i vetri, le ceramiche e hanno sostituito i metalli, i vetri, le ceramiche e il legno in molti prodotti, specialmente nel settore dell’imballaggio.il legno in molti prodotti, specialmente nel settore dell’imballaggio.

Non essendo biodegradabili, in tempi ragionevoli, l’unica possibile Non essendo biodegradabili, in tempi ragionevoli, l’unica possibile

soluzione è il soluzione è il RICICLAGGIORICICLAGGIO..

TERMOPLASTICITERMOPLASTICIRammolliscono per effetto del Rammolliscono per effetto del

calorecalore

RICICLAGGIO MECCANICO

IL CICLO DI VITAIL CICLO DI VITADEI BIOMATERIALIDEI BIOMATERIALI

UNA NUOVA UNA NUOVA ECONOMIA:ECONOMIA:•Agricoltura non Agricoltura non destinata al cibodestinata al cibo

•IndustriaIndustria

LA FONTE RINNOVABILELA FONTE RINNOVABILE

BIO – BIO – DEGRADAZIONE:DEGRADAZIONE:

Risolve il problema di Risolve il problema di concime, discariche e concime, discariche e

inceneritoriinceneritori

IL RICICLAGGIO RINNOVABILEIL RICICLAGGIO RINNOVABILE(1)(1)

DEFINIZIONIDEFINIZIONI

MATERIALE BIODEGRADABILEMATERIALE BIODEGRADABILE(2)(2)

““Un materiale è Un materiale è biodegradabilebiodegradabile se viene se viene DISINTEGRATODISINTEGRATO COMPLETAMENTECOMPLETAMENTE durante la fase di fermentazione, senza effetti durante la fase di fermentazione, senza effetti negativi sulla qualità del concime e in particolare senza effetti tossici negativi sulla qualità del concime e in particolare senza effetti tossici sugli organismi terresti e acquatici” sugli organismi terresti e acquatici” ASTM D5338-92, ISO/DCI14855ASTM D5338-92, ISO/DCI14855..

GREEN POLYMERIC MATERIALGREEN POLYMERIC MATERIAL(1)(1)

““E’ un materiale biodegradabile (polimerico, composito o blend) ottenuto E’ un materiale biodegradabile (polimerico, composito o blend) ottenuto da fonti rinnovabili”.da fonti rinnovabili”.

LA BIODEGRADAZIONELA BIODEGRADAZIONE

““E’ quell’evento associato alla decomposizione chimica o enzimatica, ad E’ quell’evento associato alla decomposizione chimica o enzimatica, ad opera degli organismi viventi, che termina con i prodotti di secrezione.”.opera degli organismi viventi, che termina con i prodotti di secrezione.”.

I TIPI DI DEGRADAZIONEI TIPI DI DEGRADAZIONE

La BIODEGRADAZIONE La BIODEGRADAZIONE non è funzione dell’origine non è funzione dell’origine bensì dei gruppi funzionalibensì dei gruppi funzionali

ENZIMIENZIMI(11)(11)

FOTODEGRADAZIONEFOTODEGRADAZIONE(Raggi UV)(Raggi UV)

TERMODEGRADAZIONETERMODEGRADAZIONE

UMIDITA’UMIDITA’(Legami instabili e idrolizzabili)(Legami instabili e idrolizzabili)

EVOLUZIONE DEL CONCETTO DI EVOLUZIONE DEL CONCETTO DI MATERIALE BIODEGRADABILEMATERIALE BIODEGRADABILE

BIOSINTETICIBIOSINTETICI(1)(1)

SEMI-BIOSINTETICISEMI-BIOSINTETICI(10)(10)

CHEMOSINTETICICHEMOSINTETICI

BioacetaBioaceta (acetato di cellulosa)(acetato di cellulosa)

Ecoflex Ecoflex (Copoliestere)(Copoliestere)

Enviroplastic-C Enviroplastic-C (Policaprolattone)(Policaprolattone)

BAK 1095 BAK 1095 (Poliestere-amide)(Poliestere-amide)

Biomax Biomax (PET-modificato)(PET-modificato)

PHA PHA (Poliidrossialchenoato)(Poliidrossialchenoato)

Aquadro Aquadro (Polivinil alcol)(Polivinil alcol)

Paragon Paragon (Blend a base di amido) (Blend a base di amido)

BlendBlend

•Biodegradabile + Biodegradabile + non biodegradabilenon biodegradabile;;•Biodegradabile + Biodegradabile +

biodegradabile.biodegradabile.

Materiale tal qualeMateriale tal quale

•NanocompositiNanocompositi(18)(18);;•Graft copolymer;Graft copolymer;•Cross-linked polymerCross-linked polymer;;•BiocompositiBiocompositi(1,5,13)(1,5,13)..

Polimeri ingegnerizzatiPolimeri ingegnerizzati

I POLIMERI BIODEGRADABILI I POLIMERI BIODEGRADABILI NATURALI: Le fibreNATURALI: Le fibre(1,5)(1,5)

Distribuite nella biosfera come Distribuite nella biosfera come alberi e messi, le fibre sono alberi e messi, le fibre sono costituite da costituite da CELLULOSACELLULOSA

EMI- CELLULOSA EMI- CELLULOSA ee LIGNINALIGNINA,, unite in un unico unite in un unico complesso reticolato dotato complesso reticolato dotato dei seguenti gruppi funzionali dei seguenti gruppi funzionali attivi: attivi: eteri,eteri, idrossili, esteri, idrossili, esteri, carbonili e acetalicarbonili e acetali. . LIGNINALIGNINA: è un composto fenolico, : è un composto fenolico,

resistenta alla degradazione resistenta alla degradazione microbica.microbica.

EMICELLULOSAEMICELLULOSA

Dove sono le fibre?Dove sono le fibre?

•FoglieFoglie: agavi, ananas;: agavi, ananas;•TroncoTronco: lino, canapa, iuta;: lino, canapa, iuta;

•SemiSemi:: cotone; cotone;•FruttiFrutti:: noce di cocco. noce di cocco.

CELLULOSACELLULOSA

I POLIMERI BIODEGRADABILI I POLIMERI BIODEGRADABILI NATURALI: Le fibre (2)NATURALI: Le fibre (2)

Le proprietà e la qualità della Le proprietà e la qualità della fibra dipendono da fattori fibra dipendono da fattori quali maturazione, quali maturazione, dimensione e metodi utilizzati dimensione e metodi utilizzati per l’estrazione. per l’estrazione.

Le proprietà dipendono inoltre Le proprietà dipendono inoltre dal contenuto in cellulosa, dal contenuto in cellulosa, dalla forma e dall’angolo di dalla forma e dall’angolo di orientazione delle orientazione delle microfibrille.microfibrille.

Il contenuto in lignina, invece, Il contenuto in lignina, invece, influenza stuttura, proprietà e influenza stuttura, proprietà e morfologia finale della fibra. morfologia finale della fibra.

RESISTONO AL TAGLIO, RESISTONO AL TAGLIO, ALLA TRAZIONE E ALLA TRAZIONE E

CEMENTANO IL BLEND IN CEMENTANO IL BLEND IN CUI SONO MISCELATECUI SONO MISCELATE

(12)

I POLIMERI BIODEGRADABILI I POLIMERI BIODEGRADABILI NATURALI: Amido e SoiaNATURALI: Amido e Soia(1)(1)

L’L’AMIDOAMIDO è un polisaccaride è un polisaccaride che contiene circa il 20% di che contiene circa il 20% di

AMILOSIOAMILOSIO e l’80% di e l’80% di

AMILOPECTINAAMILOPECTINA(4)(4)

Si trova nei semi e nei tuberi Si trova nei semi e nei tuberi di molte piante, da cui si di molte piante, da cui si

estrae sotto forma di granuli. estrae sotto forma di granuli.

AMILOSIOAMILOSIO

AMILOPECTINAAMILOPECTINA

La La SOIASOIA è un polipetide ad è un polipetide ad alto peso molecolare, dotato alto peso molecolare, dotato di funzionalità amino-acidiche di funzionalità amino-acidiche reattive e di inusuali proprietà reattive e di inusuali proprietà adesive. adesive.

E’ utilizzata dalla Ford in E’ utilizzata dalla Ford in alcune parti delle automobili.alcune parti delle automobili.

I DERIVATI ARTIFICIALII DERIVATI ARTIFICIALI(1)(1) (1) (1)

ImitanoImitano quelle funzionalità che in quelle funzionalità che in natura hanno dimostrato di essere natura hanno dimostrato di essere digeribilidigeribili dagli organismi viventi. dagli organismi viventi.

POLIAMIDO ESTERIPOLIAMIDO ESTERI

DIACETATO DI CELLULOSADIACETATO DI CELLULOSA

Si ottiene per reazione tra Si ottiene per reazione tra l’anidride acetica e la cellulosa l’anidride acetica e la cellulosa

del cotone o della polpa di del cotone o della polpa di legno. E’ utilizzato in tubi, legno. E’ utilizzato in tubi,

confezioni, film, contenitori per confezioni, film, contenitori per olii e polveri.olii e polveri.

I copolimeri ottenuti da dioli e diacidi I copolimeri ottenuti da dioli e diacidi aa alto numero di metileni hanno il aa alto numero di metileni hanno il

giusto PM per fornire sia le proprietà giusto PM per fornire sia le proprietà tipiche di una fibra sia alta filmabilità.tipiche di una fibra sia alta filmabilità.

Trovano utilizzo in film agricoli, Trovano utilizzo in film agricoli, decorazioni per cimiteri, piatti usa e decorazioni per cimiteri, piatti usa e getta, sacchi della spazzatura, etc...getta, sacchi della spazzatura, etc...

+HO

O

NH2

R

+HO

O

O

OHn

HOOHn

HOOH

HOOH

O

O

HO

O

NH2

i-Bu

+Leucina

I DERIVATI ARTIFICIALII DERIVATI ARTIFICIALI(1)(1) (2) (2)

POLIESTERI ALIFATICIPOLIESTERI ALIFATICI : :POLIIDROSSIALCHENOATI & POLI(ALCHILEN-DICARBOSSILATI)POLIIDROSSIALCHENOATI & POLI(ALCHILEN-DICARBOSSILATI)

I I poli(poli(-idrossi acidi)-idrossi acidi) sono sono polimeri cristallini dotati di polimeri cristallini dotati di scarsa idrolisi enzimatica.scarsa idrolisi enzimatica.

II poly( poly(-idrossi acidi) -idrossi acidi) sono sono ottenuti per fermentazione ottenuti per fermentazione microbica. Rappresentano i microbica. Rappresentano i poliesteri naturali.poliesteri naturali.

La sintesi chimica La sintesi chimica è in grado di è in grado di ritardareritardare

o o accelerareaccelerare il tempo il tempo necessario alla necessario alla

biodegradazione, biodegradazione, ffunzionalizzandounzionalizzando opportunamente la opportunamente la

struttura del struttura del Bio-polimero.Bio-polimero.

Si apre quindi un Si apre quindi un ventaglio di possibili ventaglio di possibili

applicazioni applicazioni tecnologiche, ad alto e tecnologiche, ad alto e basso valore aggiunto basso valore aggiunto

DOVE SONO ARRIVATI I DOVE SONO ARRIVATI I MATERIALI BIODEGRADABILI?MATERIALI BIODEGRADABILI?

Materiali strutturaliMateriali strutturali(5,13)(5,13)

Strutture per tessuti osseiStrutture per tessuti ossei(17)(17)

SacchettiSacchetti(4)(4)

Food PackagingFood PackagingCapsule farmaceuticheCapsule farmaceutiche(14)(14)

SutureSuture(14)(14)

Schiume (loose fillers)Schiume (loose fillers)(16)(16) Posate, piatti, bicchieri e vasiPosate, piatti, bicchieri e vasiEtc. etc.Etc. etc.

ALCUNI ESEMPIALCUNI ESEMPI(1,2,4,8,12,16,18)(1,2,4,8,12,16,18) (3)…… (3)……

LE PLASTICHE A BASE DI AMIDOLE PLASTICHE A BASE DI AMIDO

L’amido è costituito da L’amido è costituito da domini domini cristallinicristallini di amilopectina, di amilopectina,

dispersi in una dispersi in una matrice amorfamatrice amorfa di amilosio.di amilosio.

Riscaldando ad elevata T, i Riscaldando ad elevata T, i domini cristallini scompaiono, domini cristallini scompaiono, rendendo l’amido trasparente rendendo l’amido trasparente

e filmabile.e filmabile.

I plasticizzanti più usati mostrano I plasticizzanti più usati mostrano funzionalità idrossiliche funzionalità idrossiliche (glicerolo, (glicerolo,

fruttosio, acqua, polioli) fruttosio, acqua, polioli) che che interagiscono con le catene, interagiscono con le catene,

separandole.separandole.

L’amido destrutturato è L’amido destrutturato è compatibile con compatibile con •Copolimeri idrofobi Copolimeri idrofobi (alcol-vinilico, poliestere-(alcol-vinilico, poliestere-uretani, etilene-acidi acrilici)uretani, etilene-acidi acrilici)

•Polimeri incompatibili Polimeri incompatibili (poliesteri alifatici, cellulose)(poliesteri alifatici, cellulose)

ALCUNI ESEMPI ALCUNI ESEMPI (1,5,13)(1,5,13) (4)…… (4)……

I BIOCOMPOSITII BIOCOMPOSITI

Le plastiche rinforzate Le plastiche rinforzate con fibre trovano con fibre trovano impiego dove è impiego dove è

necessario necessario basso pesobasso peso associato ad associato ad alta alta

resistenza meccanicaresistenza meccanica..

Questo può essere Questo può essere ottenuto solo se vi è ottenuto solo se vi è

una una buona interfacciabuona interfaccia tra fibra e matrice.tra fibra e matrice.

In alcuni casi si ricorre In alcuni casi si ricorre a compatibilizzanti, a compatibilizzanti,

come le resine.come le resine.

TRADIZIONALI VS. BIODEGRADABILITRADIZIONALI VS. BIODEGRADABILI(1)(1)

INJECTION-MOLDING OPPURE ESTRUSIONEINJECTION-MOLDING OPPURE ESTRUSIONE (15)(15)

La cinetica di degradazione La cinetica di degradazione dipende anche dalle dipende anche dalle

tecniche utilizzate per tecniche utilizzate per processareprocessare il polimero, in il polimero, in

quanto modificano quanto modificano morfologiamorfologia, , microporositàmicroporosità, , cristallinitàcristallinità e orientazione e orientazione delle catene polimeriche.delle catene polimeriche.

Per esempio, è possibile Per esempio, è possibile influenzare la velocità di influenzare la velocità di rilascio di un farmaco, a rilascio di un farmaco, a

parità di polimero parità di polimero biodegradabile.biodegradabile.

I BREVETTI: L’AFFAREI BREVETTI: L’AFFARE

Il crescente numero di Il crescente numero di brevetti sottolinea brevetti sottolinea

l’importanza che il settore l’importanza che il settore R&S attribuisce ai materiali R&S attribuisce ai materiali

biodegradabili.biodegradabili.

1962-19691970-1979

1980-19891990-1999

2000-2002

0

500

1000

1500

2000

2500

# P

aten

t

Anni

BREVETTIBREVETTI

LA LETTERATURALA LETTERATURA

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