Sviluppo ed applicazioni di sistemi a base di cellulosa e di polipropilene

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Caratteristiche ed applicazioni di sistemi a base di nanocellulosa. Negli ultimi anni l’interesse per lo sviluppo di materiali di confezionamento sostenibili e, quindi, rinnovabili, biodegradabili e non derivati dal petrolio è in continuo aumento. In questo contesto, i polisaccaridi come la cellulosa e la chitina giocano un ruolo fondamentale dal momento che sono i polimeri più diffusi in natura. In particolare, la chitina viene utilizzata per la produzione del chitosan, un polimero dotato di interessanti proprietà antiossidanti e di biodegradabilità. Inoltre, il chitosan può essere trasformato in diverse forme come nanofibre e nanoparticelle. Tuttavia, i film a base di questo polimero presentano caratteristiche meccaniche povere che ne limitano il numero di applicazioni. Tali caratteristiche possono, però, essere migliorate mediante l’utilizzo di nanocellulosa. In uno studio recente, effettuato da un gruppo di ricercatori malesi (Abdul Khalil et al., 2016), vengono illustrati i più importanti sviluppi tecnologici e le potenziali applicazioni delle miscele a base di cellulosa, nanocellulosa e chitosan. Gli autori evidenziano che l’incorporazione delle cosiddette CNF (chitosan-cellulose nanofiber) o CNW (chitosan-cellulose nanowhisker) in matrici di chitosan ne migliorano significativamente le proprietà desiderabili per sistemi di confezionamento alimentare. In letteratura vengono proposti metodi differenti per lo sviluppo di nanocompositi come il metodo di evaporazione dei solventi. Inoltre, chitosan (cationico) e CNW (anioniche) possono essere miscelati per produrre complessi polielettrolitici utilizzando semplici titolazioni. In altri casi, vengono proposti sistemi multifasici contenenti altri materiali (oltre al chitosan ed alla nanocellulosa), ottenendo prodotti con caratteristiche funzionali ancora migliori. Concludendo, gli autori sostengono che, nonostante la significativa attività di ricerca in questo settore, l’applicazione commerciale dei compositi a base di nanocellulosa è ancora limitata a causa di metodi di preparazione poco economici. Ulteriori approfondimenti sono, quindi, necessari per migliorare quest’ultimo aspetto.

Analisi delle caratteristiche fisiche e meccaniche di nanocompositi a base di polipropilene. Il polipropilene (PP) è uno dei materiali termoplastici più diffusi al mondo grazie alle sue buone caratteristiche meccaniche e di trasformabilità, unitamente ad un basso costo. Tuttavia, tale materiale presenta anche alcune proprietà (come una bassa capacità di barriera nei confronti dell’ossigeno) che ne limitano l’utilizzo in alcune applicazioni. In questo contesto, le nanotecnologie possono essere utilizzate per superare facilmente queste limitazioni. In uno studio recente, effettuato da un gruppo di ricercatori iraniani (Khalaj et al., 2016), vengono illustrate le principali potenzialità fornite dai nanocompositi a base di PP nel settore del confezionamento alimentare. Questi ultimi vengono preparati attraverso processi di fusione con argilla in estrusori a doppia vite. In letteratura, sono stati proposti anche sistemi a base di PP e montmorillonite (OMMT, fino al 4% in peso), con o senza nanoparticelle di ferro (fino allo 0.2% in peso). Anche se la presenza di OMMT/nanoparticelle di ferro non altera in modo significativo la resistenza alla trazione e le proprietà di elongazione del prodotto, il carico di snervamento e la rigidità migliorano in modo sostanziale. È stato, inoltre, dimostrato che l’utilizzo del 2% di OMMT riduce la permeabilità all’ossigeno ed al vapore d’acqua, rispettivamente, del 22 e del 33% in confronto con il PP tradizionale. L’aggiunta dello 0.2% di nanoparticelle di ferro incrementa, invece, la capacità di intercettare e di rimuovere l’ossigeno attraverso una particolare reazione chimica. Di conseguenza, tale aggiunta provoca riduzioni delle permeabilità all’ossigeno ed al vapore d’acqua, rispettivamente, del 55 e del 77% in confronto con il PP tradizionale. Infine, diversi test di migrazione, effettuati impiegando differenti matrici alimentari ed analizzando la migrazione delle particelle sia di ferro, sia di argilla, hanno dimostrato che i nanocompositi non presentano alcuna restrizione di utilizzo nel settore del confezionamento alimentare.

Riferimenti bibliografici.

H.P.S. Abdul Khalil et al., Carbohydrate Polymers, 150, 2016, 216-226

M.-J. Khalaj et al., Trends in Food Science & Technology, 51, 2016, 41-48

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