Polimeri naturali composti biodegradabili, biocompatibili e rinnovabili

I polimeri naturali sono biodegradabili, biocompatibili e rinnovabili, ma hanno anche un’elevata reattività. Essi infatti hanno vari gruppi funzionali come idrossile e carbossile che possono fungere da siti attivi e avere diversi tipi di interazioni con numerosi inquinanti. I polimeri naturali possono derivare da un’ampia varietà di fonti, da piante, animali e microrganismi.

Alcuni esempi di polimeri naturali sono proteine ​​e acidi nucleici presenti nel corpo umano, cellulosa, gomma naturale, seta e lana. L’amido è un polimero naturale composto da centinaia di molecole di glucosio , allo stesso modo la gomma naturale è un polimero ottenuto dal lattice di un albero della gomma.

I polimeri naturali possono essere classificati in:

• proteine ​​come seta, collagene, gelatina, fibrinogeno, elastina, cheratina, actina e miosina
• polisaccaridi come cellulosa, amilosio, destrano, chitina e glicosamminoglicani
• polinucleotidi come DNA, RNA

I polimeri naturali stanno diventando sempre più importanti nel campo dell’ingegneria dei tessuti. Polimeri naturali di derivazione marina sono stati utilizzati per lo sviluppo di scaffold compositi biocompatibili idonei da utilizzare nella rigenerazione del tessuto osseo. Sono composti da composti bioattivi e materiali bioriassorbibili, che possono imitare la funzione naturale dell’osso e attivare meccanismi in vivo per la rigenerazione ossea.

I polimeri naturali, come polisaccaridi, proteine ​​e acidi nucleici, sono componenti di sistemi biologici responsabili dell’esecuzione di un’ampia gamma di funzioni essenziali. Ad esempio, alcuni di essi svolgono un ruolo chiave nel mantenimento dell’integrità strutturale delle cellule nelle piante e negli animali mentre altri offrono protezione biologica contro gli ambienti circostanti.

Per applicazioni industriali i polimeri naturali possono essere utilizzati per nuove sostanze ecosostenibili in sostituzione dei polimeri derivanti dal petrolio

Esempi di polimeri naturali

Proteine

​​Sono polimeri termoplastici costituiti da diversi α-amminoacidi polari e non polari.

Gli amminoacidi sono in grado di formare molti legami intermolecolari risultanti con diverse interazioni. Per elaborare bioplastiche a base di proteine si mescolano proteine ​​e plastificanti che ne migliorano la flessibilità ed estensibilità

Il collagene è il principale componente proteico dei tessuti connettivi animali ed è composto da diversi polipeptidi, che contengono principalmente glicina, prolina, idrossiprolina e lisina. Ha proprietà peculiari per applicazioni biomediche. Per denaturazione e/o degradazione del collagene si produce un polipeptide ad alto peso molecolare, chiamato gelatina.

Tra le proteine di origine vegetale vi è il glutine di frumento e le proteine della soia. Costituiscono una fonte proteica per vegetariani e vegani e, per il loro basso costo, per sfamare popolazioni di paesi poveri

Polisaccaridi

Vi è un’enorme varietà di polisaccaridi che possono essere estratti da piante e organismi animali marini o prodotti da batteri marini.  Le alghe sono la fonte più abbondante di polisaccaridi, come alginati, agar e agarosio.

Tra i polisaccaridi di origine vegetale l’amido è il più noto biopolimero a basso costo, abbondantemente disponibile.

Nelle sue applicazioni l’amido può essere miscelato, mantenuto intatto, utilizzato in varie resine come riempitivo o fuso per la miscelazione di composti. L’amido è plastificato in presenza di quantità specifiche di acqua o plastificanti e calore e quindi estruso. I plastificanti più comuni sono i polioli come il glicerolo. L’amido plastificato offre un’interessante alternativa ai polimeri sintetici in applicazioni specifiche e utilizzato, ad esempio, nei compositi a base di amido

La cellulosa è un altro polisaccaride di origine vegetale da cui si ottengono importanti derivati ​​ come esteri, eteri e acetali  prodotti per reazione di uno o più dei gruppi ossidrilici presenti nell’unità ripetitiva.

Il diacetato di cellulosa è utilizzato come fibra sintetica. Con l’aggiunta di plastificanti e di stabilizzanti è usato per la produzione di materiali impiegati nella fabbricazione di montature di occhiali. Il diacetato di cellulosa ha un’elevata temperatura di transizione vetrosa, che ne limita il trattamento termico. Pertanto deve essere plastificata se viene utilizzata in applicazioni termoplastiche perché la sua temperatura di decomposizione è inferiore alla temperatura di lavorazione del fuso.