Sviluppo di materiali isolanti sostenibili a base di fibre naturali = Development of sustainable insulation materials based on natural fibers

Al giorno d’oggi è impensabile pensare ad una vita priva di materiali polimerici. La loro versatilità, leggerezza e possibilità di essere facilmente processati li rende adattati a qualsiasi utilizzo. Nel settore edilizio i polimeri vengono utilizzati soprattutto come isolanti termici, prevalentemente sotto forma di schiuma espansa. Con la nascita di concetti legati alla sostenibilità quali green chemistry ed economia circolare, lo studio della fase finale del ciclo di vita dei materiali ha assunto un ruolo sempre più importante. Lo smaltimento, tramite riciclaggio o incenerimento, delle materie plastiche richiede elevate quantità di energia ed è accompagnata da elevate emissioni di carbonio, soprattutto di CO2. Inoltre, è sempre più viva la necessità di trovare fonti rinnovabili di materie prime. Per queste ragioni, negli ultimi anni, è aumentato l’interesse nella ricerca di materiali da fonti naturali che possano sostituire quelli derivanti dal petrolio. Le fibre di origine naturale, vegetale e animale, sembrano così rappresentare una valida alternativa per la produzione di materiali funzionali. Tra di esse, le fibre di cheratina rappresentano lo scarto di alcuni processi industriali, tra cui l’industria conciaria. I metodi tradizionali di smaltimento di queste fibre (ad esempio l’incenerimento) sono spesso costosi, inquinanti e dannosi sia per l’uomo che per l’ambiente e sono perciò in fase di ricerca nuovi metodi di utilizzo di questi scarti che siano economicamente e ambientalmente sostenibili. Le fibre di cheratina essendo un materiale resistente, isolante dal punto di vista termico e intrinsecamente ritardate alla fiamma, si presentano come possibile candidato per l’utilizzo nel campo della scienza dei materiali. Se le applicazioni studiate fin ora si basano sull’utilizzo delle fibre in compositi massivi, gli studi relativi all’utilizzo delle fibre come schiume o come materiale a sé stante sono ancora pochi. In questo lavoro di tesi sono state realizzate delle schiume a celle aperte a partire da fibre di cheratina rivestite superficialmente con polielettroliti di origine naturale. Il trattamento Layer by Layer (LbL) consente di realizzare un rivestimento superficiale di dimensioni nanometriche immergendo alternativamente le fibre in soluzioni cariche positivamente e negativamente. Si è utilizzato per le deposizioni il chitosano (CH) come polielettrolita positivo e nanofibre di cellulosa carbossimetilata (CNF) come nanoparticelle negative. Questi due componenti sono essenziali per l’ottenimento di una struttura porosa in seguito alla liofilizzazione e contribuiscono a migliorare le proprietà meccaniche. In seguito, si è analizzata l’influenza dello step di attivazione superficiale delle fibre, utilizzando polietilenimmina ramificata (BPEI), e delle condizioni di lavaggio delle fibre. Si è notato che un lavaggio a pH troppo aggressivi, sia acidi che basici, non consente il rivestimento delle fibre e, in seguito a liofilizzazione, l’ottenimento di una schiuma. Infine, sono stati studiati altri due sistemi in cui, come polielettroliti positivi, sono state utilizzate soluzioni contenenti gelatina (GEL) e BPEI. Sono stati confrontati i risultati ottenuti dalle prove meccaniche, di infiammabilità e di combustione dei diversi sistemi. Le schiume ottenute mostrano tutte un comportamento autoestinguente durante i test di infiammabilità, il sistema con il chitosano sembra essere quello che, nel complesso, mostra le migliori caratteristiche.