Sviluppo di nuovi additivi bio-based per rivestimenti funzionali sostenibili

Blai López Rius – AIMPLAS

La sostenibilità rappresenta un fattore molto importante nel settore dei prodotti vernicianti. Un approccio particolarmente interessante che sta emergendo è la valorizzazione della biomassa, in quanto consente la produzione di nuovi materiali derivati da essa. Per questo motivo, AIMPLAS sta sviluppando nuovi additivi a base bio con diverse proprietà funzionali per la formulazione di rivestimenti funzionali sostenibili ad alto valore aggiunto.
Un esempio di tali additivi a base bio è lo sviluppo di polielettroliti a base di chitosano e acido fitico, che danno origine a un materiale a base bio utilizzabile come carica ignifuga per formulazioni di vernici resistenti al fuoco. Il metodo di ottenimento di questo complesso polielettrolitico (PEC) mediante meccanochimica, utilizzando una tecnologia continua a doppia vite, è stato brevettato da AIMPLAS.
Il PEC combina i gruppi fosforilati dell’acido fitico, che può essere ottenuto da piante crucifere, con i gruppi azotati del chitosano, ricavabile da insetti, alghe, crostacei e funghi. Questi componenti agiscono sinergicamente come sistema ignifugo intumescente, operando sia in fase gassosa sia in fase condensata:

• fase gassosa: provoca la disidratazione della superficie del materiale combustibile, rilasciando un gas inerte che diluisce la concentrazione di ossigeno nell’aria.
• Fase condensata: agisce come agente schiumogeno, formando uno strato carbonizzato che protegge e isola il substrato combustibile

Questo additivo ignifugo a base bio è stato validato in materiali termoplastici (polietilene, poliammide, ecc.), termoindurenti (resine epossidiche, schiume poliuretaniche, ecc.) e rivestimenti (acrilici), ottenendo una riduzione del Heat Release Rate (HRR) pari a circa il 20 – 40%, a seconda del substrato e del metodo di applicazione. Inoltre, mostra un effetto sinergico con altri ritardanti di fiamma in commercio, garantendo riduzioni dell’HRR superiori rispetto all’uso dei soli additivi convenzionali.
Un altro esempio di additivi a base bio è rappresentato dallo sviluppo di politerpeni, ottenuti mediante polimerizzazione di terpeni e terpenoidi, con applicazioni come additivi per la protezione UV e come agenti antimicrobici. I terpeni possono essere ricavati da scarti agro-alimentari, quali il limonene dai residui degli agrumi, l’eucaliptolo dai residui di eucalipto o di altre piante aromatiche, oppure il pinene da residui di conifere o rosmarino. Inoltre, la sintesi di questi composti impiega la tecnologia di estrusione reattiva (REX), che richiede un uso minimo di solventi, offrendo un’alternativa più sostenibile rispetto ai processi di sintesi convenzionali.

I politerpeni possono essere utilizzati come additivi per la protezione UV grazie alla loro capacità di reagire con i radicali liberi, mitigando l’impatto della radiazione ultravioletta sui rivestimenti e prevenendone la degradazione. Ciò risulta particolarmente utile in settori quali l’edilizia o il packaging.
Questi additivi per la protezione UV sono stati validati in rivestimenti in PET a contatto con alimenti, ottenendo una riduzione dell’ingiallimento di circa il 35%. I politerpeni possono inoltre essere impiegati come additivi antimicrobici, dimostrando attività contro microrganismi quali E. coli e S. aureus. Il loro meccanismo antimicrobico si basa sulla migrazione verso la superficie del materiale, dove attaccano i microrganismi presenti. Tali proprietà sono particolarmente rilevanti per applicazioni in ambito medicale.

Questi additivi antimicrobici sono stati validati in rivestimenti applicati su film plastici, raggiungendo una riduzione della crescita di E. coli prossima al 100% e fino al 60% per S. aureus.
In sintesi, gli additivi funzionali a base bio aprono un’ampia gamma di possibilità in settori quali packaging, edilizia, trasporti e sanità, dove sono richiesti rivestimenti funzionali e sostenibili.
Presso AIMPLAS, l’Istituto Tecnologico delle Materie Plastiche, sono in corso diversi progetti di ricerca e sviluppo su questo tema. Un esempio è il progetto REFUGI, finalizzato allo sviluppo di ritardanti di fiamma sostenibili per prodotti vernicianti su substrati in legno.

REFUGI è finanziato da IVACE+i nell’ambito del programma di aiuti ai centri tecnologici della Comunità Valenciana per lo sviluppo di progetti di R&D non economici, in collaborazione con le imprese, cofinanziato dall’Unione Europea attraverso il Programma FESR della Comunità Valenciana 2021–2027.
Un altro esempio è il progetto BIOPOLREX, che mira a ottenere politerpeni mediante tecniche di estrusione reattiva per il loro utilizzo come additivi ad alto valore aggiunto. BIOPOLREX è finanziato nell’ambito del bando per Progetti di R&D “Sfide della Ricerca”, parte del Programma Nazionale di Ricerca Scientifica e Tecnica e Innovazione 2017–2020 del Ministero spagnolo della Scienza, Innovazione e Università.

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