Polimeri sostenibili

I polimeri sostenibili sono materiali derivanti ​​da risorse di carbonio rinnovabili, riciclate e di scarto o loro combinazioni, che, alla fine del ciclo di vita possono essere riciclati, biodegradati o compostati. I polimeri sostenibili sono materiali di grande importanza tecnologica e sono creati appositamente per soddisfare esigenze uniche in termini di resistenza meccanica e rigidità, resistenza alla corrosione e all’azione degli agenti chimici, basso peso, stabilità dimensionale, resistenza a sollecitazioni variabili, urti e usura e proprietà isolanti.

La necessità di ottenere nuovi materiali che potessero adattarsi alle crescenti necessità portò, nel XIX secolo all’utilizzo di  materiali naturali, come la caseina, la gomma naturale e la cellulosa per ottenere, a seguito di successive modificazioni, materiali polimerici utili.

Il 1907 costituisce l’inizio dell’età dei polimeri: in quell’anno, infatti, il chimico statunitense di origine belga Leo Hendrik Baekeland inventò la bachelite. Essa  costituì la prima resina sintetica la cui produzione industriale prese avvio negli anni venti.

Il chimico tedesco Hermann Staudinger, premio Nobel per la chimica nel 1953, indirizzò la sua ricerca  a materiali di origine naturale come caucciù, cellulosa e guttaperca per preparare numerosissime sostanze ad elevato peso molecolare.  Sebbene i polimeri abbiano apportato enormi vantaggi hanno inavvertitamente avuto conseguenze impattanti sull’ambiente e sui cambiamenti climatici, cosa che le comunità scientifiche non avevano previsto fin dall’inizio.

Le preoccupazioni riguardanti l’esaurimento delle risorse fossili e  lo smaltimento dei polimeri sintetici  hanno portato a un interesse in continua crescita per lo sviluppo di polimeri sostenibili, sicuri e rispettosi dell’ambiente ottenuti da risorse rinnovabili.

Progettazione Cradle to Cradle

I polimeri sostenibili sono materiali derivati da materie prime rinnovabili, riciclate o altre a basso contenuto di carbonio, che a fine vita, sono gestiti nel rispetto dell’ambiente modi responsabili attraverso il riciclaggio e la biodegradazione.

Cradle to Cradle
Cradle to Cradle

I polimeri sostenibili possono essere di origine naturale, sintetici o essere ottenuti da fonti naturali con opportune modificazioni, sostenibili durante il loro ciclo di vita secondo un approccio “cradle to cradle” (dalla culla alla culla) che presuppone fin dalla fase di progettazione l’eliminazione o la riduzione al massimo dell’ultima fase in linea con un modello di economia circolare.

Il principio di progettazione Cradle to Cradle si ispira alla natura e si pone come obiettivo non solo di ridurre al minimo le conseguenze negative, ma anche di lasciare un’impronta positiva. Come risultato di tale principio so ottengono prodotti, processi, edifici e città sicuri per le persone, salutari per l’ambiente e di successo per le imprese.

Chimica dei polimeri sostenibili

I polimeri sostenibili sono costituiti da materie prime rinnovabili derivanti da biomasse e piante contenenti cellulosa, emicellulosa, amido, lignina, proteine, chitina e lipidi. Questi biopolimeri naturali hanno un’ampia varietà di strutture, proprietà e funzioni in natura. Lo sviluppo di polimeri sostenibili da materie prime biobased può non solo ridurre l’uso eccessivo di risorse petrolchimiche, ma anche promuovere il miglioramento dell’ambiente e del clima.

cellulosa
cellulosa

Un polimero biologico presente in natura è la cellulosa, che deriva principalmente dalla biomassa lignocellulosica. Grazie alla sua biodegradabilità e riciclabilità, i polimeri sostenibili a base di cellulosa possono ridurre il loro impatto negativo sull’ambiente. La cellulosa è un tipo di polisaccaride che può essere ottenuto da piante, alberi, cotone e paglia e può derivare anche da specie marine, batteri, funghi e animali, rendendola una risorsa rinnovabile.

struttura chitina
struttura chitina

La chitina, dopo la cellulosa, è il polisaccaride più abbondante in natura presente nella matrice extracellulare di una varietà di invertebrati tra cui spugne, molluschi, nematodi e artropodi e funghi. La chitina e il chitosano, ottenuto per deacetilazione della chitina, sono maggiormente utilizzati come polimeri funzionali in un’ampia varietà di applicazioni.

La chitina e il chitosano hanno proprietà interessanti come elevata biocompatibilità, biodegradabilità e attività antibatterica. Sono stati trasformati in, pellicole, idrogel o microsfere. I polimeri sostenibili di chitina e chitosano sono stati utilizzati principalmente in applicazioni biomediche e medicinali, ad esempio nel rilascio di geni e farmaci, nel trattamento delle ferite, rigenerazione ossea e ingegneria tissutale.

Una soluzione promettente per l’ottenimento di polimeri sostenibili è la produzione di polimeri biodegradabili miscelati con amido. Questi polimeri che offrono un’alternativa sostenibile ed ecologica che può ridurre significativamente i rifiuti di plastica e minimizzare la dipendenza dalle risorse fossili. Sono  prodotti da risorse rinnovabili come il mais e hanno il potenziale per essere biodegradabili o compostabili. La compatibilità tra l’amido e altri biopolimeri, come il polibutilene succinato (PBS), l’acido polilattico (PLA) e i poliidrossialcanoati (PHA) è oggetto di ricerca in diverse aree della lavorazione alimentare.

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