Poliidrossibutirrato: proprietà, sintesi, usi
Il poliidrossibutirrato (PHB) è un poliidrossialcanoato a catena corta prodotto in natura da diversi microrganismi come materiale di riserva. I batteri immagazzinino il PHB come fonte di energia analogamente a come i mammiferi immagazzinano il grasso
Con il termine di poliidrossibutirrato si intende, in particolare, il poli(3-idrossibutirrato) che è quello che si forma più frequentemente quando si formano i poliidrossialcanoati
È un biopolimero che, grazie alle sue proprietà paragonabili a quelle di polipropilene e polietilene, costituisce una valida alternativa ai polimeri derivanti da fonti non rinnovabili.
Il microbiologo francese Maurice Lemoigne lo isolò dal Bacillus megaterium ma, grazie alla sua biodegradabilità e alla sua origine, è attualmente oggetto di studio.
Infatti, insieme all’acido polilattico, è un polimero che sia di origine naturale, biodegradabile e biocompatibile.
Il prodotto della sua degradazione è l’acido 3-idrossibutirrico, un metabolita comune negli esseri viventi che è sintetizzato nel fegato attraverso il metabolismo di acidi grassi e dagli amminoacidi chetogenici.
Il poliidrossibutirrato è un poliestere alifatico con catena polimerica lineare e ha struttura:
Proprietà del poliidrossibutirrato
Il poliidrossibutirrato è un polimero termoplastico e quindi rammollisce se è riscaldato.
È insolubile in acqua, ha scarsa resistenza agli acidi e alle basi e si dissolve in solventi clorurati. È idrofobo, atossico, stabile alle radiazioni U.V. e otticamente attivo. Presenta una barriera alla permeabilità di acqua e gas e si può lavorare per estrusione, iniezione, soffiaggio e termoformatura.
Ha una struttura regolare e prevalentemente isotattico. Ciò implica che i gruppi laterali della catena polimerica puntano nella stessa direzione e pertanto si formano strutture elicoidali, con i gruppi laterali tutti rivolti lontano dal centro dell’elica per ridurre al minimo l’ingombro sterico.
Le catene quindi si impacchettano facilmente per formare cristalli e ciò lo rende fragile e rigido
Ha un stretta finestra di temperatura di lavorazione a causa dalla vicinanza tra la sua temperatura di fusione e di degradazione.
Vi sono diversi metodi volti a migliorarne il comportamento meccanico e ridurne l’elevato costo che si basano sull’utilizzo di blend, sull’ottenimento di copolimeri e sull’uso di additivi.
La copolimerizzazione può avvenire con poliidrossivalerato per ottenere una struttura più irregolare e quindi meno cristallina e meno fragile, ma comunque biodegradabile. La copolimerizzazione abbassa anche la temperatura di fusione e ciò rende il copolimero molto più facile da lavorare.
Sintesi del poliidrossibutirrato
Può essere ottenuto attraverso diverse vie sintetiche come dall’apertura dell’anello del β-butirrolattone utilizzando zinco e l’alluminio quali catalizzatori.
Si può ottenere da piante naturali o transgeniche. Tuttavia il metodo più diffuso è tramite fermentazione batterica
Il polimero si forma all’interno delle cellule dei batteri in granuli che generalmente hanno un diametro compreso tra 100 e 800 nm. Il numero e la dimensione dei granuli e il peso molecolare del poliidrossibutirrato, varia a seconda del tipo di batteri, delle condizioni di crescita e del metodo di estrazione.
Usi
Ha grandi potenzialità per l’impiego packaging per ottenere bottiglie, sacchetti, piatti, bicchieri e posate monouso
In campo biomedico può essere usato come materiale per scaffold di ingegneria tissutale e per vettori a rilascio controllato di farmaci
