Rivestimenti bio-based ad elevata durezza superficiale: fotopolimerizzazione a base isosorbide rinforzata con polvere di guscio di noce di macadamia = Bio-based coatings with high surface hardness: isosorbide-based UV-curing reinforced with macadamia nutshell powder

I cambiamenti climatici globali, l’inquinamento ambientale e l’esaurimento delle fonti fossili stanno spingendo i ricercatori a sostituire i monomeri derivanti dal petrolio con monomeri provenienti da fonti biorinnovabili, a basso costo. La grande disponibilità dei sottoprodotti agroforestali, in particolare dei derivati della cellulosa, rappresenta il punto di partenza verso un modo sostenibile di produrre nuovi materiali, in combinazione con la tecnologia di polimerizzazione UV-cationica. Quest’ultima è emersa come un processo ecologico e privo di solventi, caratterizzato da elevata velocità di reazione, basse emissioni di specie organiche volatili (VOC), elevata efficienza e un ridotto consumo energetico. In questa prospettiva, viene impiegato un monomero epossidico a base isosorbide, quale componente principale di una formulazione di resina bio-based fotopolimerizzabile per applicazioni di rivestimento. L’isosorbide è stato funzionalizzato con una reazione a due fasi, tramite un intermedio diallile e una successiva ossidazione dei legami allilici per ottenere i gruppi epossidici. Il processo di fotopolimerizzazione è stato studiato mediante analisi FTIR, foto-DSC e fotoreologia al fine di valutare l’influenza del fotoiniziatore e ottimizzarne la formulazione. Per migliorare le proprietà meccaniche di durezza superficiale, è stata esplorata l’aggiunta di un riempitivo a base di polvere di guscio di noce di macadamia (MAC), variandone la percentuale in peso (10 wt%, 20 wt% e 30 wt%). Per monitorare l’effetto del filler sulla reazione di polimerizzazione UV, sono state eseguite le medesime analisi impiegate per la formulazione incontaminata ed è stato valutato il contenuto percentuale di gel. L’analisi è proseguita con l’indagine delle proprietà termomeccaniche e meccaniche dei compositi, mediante DMTA, DSC e test di trazione. Inoltre, è stata condotta un’analisi SEM a diversi ingrandimenti, per esaminare la morfologia delle particelle della MAC e per valutare l’interazione tra la matrice polimerica e il riempitivo. L’indagine si è conclusa con un confronto tra le proprietà dei rivestimenti bio-based rinforzati con MAC e le proprietà dei film ottenuti da corrispondenti termoindurenti epossidici di origine fossile. Dati i promettenti risultati ottenuti, circa l’effetto positivo della MAC sulle proprietà termomeccaniche e sulla durezza superficiale dei rivestimenti bio-based polimerizzati con i raggi UV, si riduce il divario di prestazioni rispetto alle resine disponibili in commercio e si ipotizzano, per il futuro, importanti applicazioni nei rivestimenti protettivi.