• biodegradable polymers
• composites
• compositi
• fibre naturali
• natural fibers
• polimeri biodegradabili

Il presente lavoro di tesi si inserisce in un progetto di ricerca di più ampio respiro volto allo sviluppo di materiali polimerici con proprietà modulate e a ridotto impatto ambientale. In particolare, sono stati preparati mediante miscelazione nel fuso e successivamente caratterizzati, materiali compositi costituiti da una fibra vegetale e tre diverse matrici polimeriche biodegradabili. La fibra vegetale utilizzata, il canapulo, è un prodotto commerciale derivante dallo scarto della lavorazione della canapa, coltivazione rinnovabile annualmente. Le matrici polimeriche impiegate, anch’esse commerciali, sono tre poliesteri, il poli(acido lattico) (PLA), il poli(butilene succinato) (PBS) ed il poli(butilene adipato-co-butilene tereftalato) (PBAT) ottenibili completamente (PLA e PBS) o parzialmente (PBAT) da fonti rinnovabili e tutti biodegradabili.
La prima parte di questo lavoro è stata dedicata alla caratterizzazione delle tre matrici poliesteree e della fibra vegetale. In particolare, per i polimeri, sono stati determinati i pesi molecolari (SEC) e studiate alcune delle loro proprietà mediante tecniche spettroscopiche (FT-IR ed 1H-NMR), analisi termiche (TGA e DSC) e dinamico-meccaniche. Per la fibra sono stati determinati qualitativamente i componenti principali (cellulosa, emicellulosa, lignina, pectina e cere) e sono state condotte analisi morfologiche volte a identificarne la struttura superficiale ed interna, mediante analisi microscopiche (SEM) ed analisi termiche (TGA e DSC). Per ciascuna matrice polimerica sono state quindi preparate 5 miscele con quantitativi crescenti di canapulo (fino al 40 % in peso). Le caratterizzazioni sono state finalizzate allo studio della stabilità termica e del comportamento termo-meccanico dei materiali ottenuti (TGA, DSC, analisi dinamico-meccaniche), dell’effetto del trattamento termo-meccanico in Brabender in presenza della fibra sui pesi molecolari della matrice polimerica (SEC), ed infine della capacità di dispersione delle fibra da parte della matrice (SEM, DSC). I risultati ottenuti dimostrano che, in generale, all’aumentare del contenuto di fibra, i materiali compositi risultano progressivamente più rigidi rispetto alla matrice polimerica di partenza, come indicato dai valori di modulo elastico progressivamente crescenti, e dai valori di elongazione a rottura, progressivamente decrescenti. È stato approfondito e discusso l’andamento del modulo elastico tenendo conto di diversi modelli, per l’applicazione dei quali è stato necessario introdurre parametri fisici della fibra e della matrice. I materiali compositi ottenuti hanno dimostrato una stabilità termica paragonabile a quella delle corrispondenti matrici polimeriche, mentre la stabilità termica del canapulo disperso nei materiali compositi risulta maggiore rispetto a quella della fibra tal quale.
I materiali compositi ottenuti sono caratterizzati da un’intrinseca eterogeneità sia morfologica, come evidenziato dalle analisi SEM, che molecolare, come mostrato dalle analisi SEC e DSC. Queste ultime, in particolare, hanno evidenziato che le matrici polimeriche subiscono un significativo riarrangiamento molecolare in seguito alla dispersione della fibra, che porta ad un comportamento termico assai complesso. L’analisi dettagliata di quest’ultimo consente, inoltre, di descrivere quantitativamente l’interazione fibra/matrice, non indagabile, in questo caso, mediante tecniche spettroscopiche (ATR). La razionalizzazione dei risultati ottenuti consente una descrizione di queste interazioni in funzione della rigidità della matrice polimerica e della sua capacità di interagire non covalentemente con la fibra vegetale.