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Tesi etd-04152012-131600


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
CARELLA, MARIA ROSARIA
URN
etd-04152012-131600
Title
Preparazione e caratterizzazione di compositi polimerici biodegradabili a base di acido polilattico e nanocellulosa
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA CHIMICA
Commissione
relatore Prof. Pracella, Mariano
relatore Prof. Paci, Massimo
controrelatore Prof. Lazzeri, Andrea
Parole chiave
  • nanocellulosa
  • PLA
  • polimeri biodegradabili
  • nanocompositi
Data inizio appello
03/05/2012;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
03/05/2052
Riassunto analitico
<br> Le caratteristiche e la disponibilità a basso costo dei polimeri sentitici derivati da petrolio (commodity) hanno lasciato per lungo tempo poco spazio al mercato dei polimeri biodegradabili (bioplastiche), e solo l&#39;attenzione crescente per gli aspetti ecologici ha di recente rinnovato l&#39;interesse per questa categoria di materiali; infatti, la quantità di anidride carbonica equivalente emessa per produrre plastica derivata da petrolio si aggira intorno ai 4-8 kg di CO2 per kg di plastica rispetto ai 1-6 kg di CO2 per kg di bioplastica prodotta. Un importante aspetto legato all’impiego di questi materiali è la possibilità di rinforzare la struttura con fibre naturali su scala nanometrica. In particolare, i concetti legati alla rinnovabilità delle risorse ad alla riciclabilità dei materiali hanno portato allo sviluppo di nuove tecnologie per la realizzazione di materiali termoplastici rinforzati con fibre naturali, promuovendone l’impiego e nuove applicazioni in vari settori produttivi.<br> Rispetto ai compositi tradizionali, i nanocompositi polimerici comportano generalmente un basso contenuto di nanocariche disperse omogeneamente nella matrice dal momento che, a causa dell’elevato rapporto superficie/volume delle particelle, le proprietà fisico/meccaniche possono essere significativamente incrementate anche con basse percentuali di rinforzo; da ciò si comprende quanto le nanocariche possano essere considerate come eccellenti opportunità per lo sviluppo di compositi ad alte prestazioni e multifunzionali. Le ragioni che conducono molti enti di ricerca ad investire nella ricerca su questi materiali sono molteplici: principalmente vi è l&#39;impatto industriale significativo, legato alla possibilità di progettare e creare nuovi materiali e strutture con una flessibilità e proprietà fisiche senza precedenti; in secondo luogo, le cariche su scala nanometrica sono quasi prive di difetti e il loro utilizzo nei compositi apre molte opportunità per superare le limitazioni della “più comunemente” usata scala micrometrica. <br>In questo contesto si inquadra il presente lavoro di tesi cha ha come obiettivi principali: la preparazione e la caratterizzazione di nanocristalli di cellulosa (nanocellulosa) e di nanocompositi a matrice termoplastica biodegradabile (acido polilattico, PLA) rinforzati con i nanocristalli dispersi in poli(vinil acetato) (PVAc).<br>Partendo da una approfondita ricerca sui dati di letteratura, la prima parte del lavoro sperimentale è stata dedicata allo studio delle condizioni ottimali per l’ottenimento dei nanocristalli da fibre naturali; a questo scopo sono stati impiegati, vari materiali cellulosici che sono stati sottoposti a idrolisi acida (acido solforico). I nanocristalli, sono stati, quindi, caratterizzati morfologicamente mediante impiego di diverse tecnologie di microscopia (microscopia ottica, microscopia elettronica a trasmissione, microscopia elettronica a scansione e microscopia a forza atomica). Sono state condotte anche varie analisi con spettroscopia FT-IR.<br>Il lavoro sperimentale è stato focalizzato principalmente sulle problematiche connesse alla dispersione dei nanocristalli in mezzi non polari, a causa della loro superficie polare; per questo motivo è stata indagata la possibilità di effettuare una modifica funzionale delle nanofibre mediante innesto di molecole reattive (ad esempio glicidil metacrilato, GMA) per migliorarne la compatibilità con la matrice polimerica. <br>Inoltre, con l’utilizzo di un miniestrusore, sono state realizzate miscele polimeriche di PLA e PVAc con GMA nel quale sono state disperse le nanoparticelle di cellulosa in diverse percentuali; sono state poi effettuate le analisi per la caratterizzazione chimica, termica e meccanica dei materiali ottenuti.<br>La tesi è suddivisa in cinque capitoli: nel primo vengono descritte le caratteristiche e gli impieghi dei materiali compositi a matrice biodegradabile rinforzati con fibre naturali di diversa natura e proprietà; nel secondo vengono presentati i materiali nanocompositi rinforzati con fibre di cellulosa e i dati raccolti in letteratura riguardanti la preparazione e la caratterizzazione di nanocompositi e nanoparticelle cellulosiche. Il terzo capitolo descrive, le prove sperimentali condotte durante il lavoro di tirocinio per la preparazione dei nanocompositi. Le caratteristiche dei nanocristalli, delle matrici polimeriche e dei nanocompositi sono discusse nel quarto capitolo, che raccoglie i dati riguardanti la caratterizzazione morfologica, chimica e meccanica dei vari materiali. Nel quinto capitolo, infine, vengono riportate le conclusioni e le attività che verranno sviluppate in futuro partendo da questo lavoro sperimentale. <br>
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