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Nanofibre vegetali

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Introduzione

Negli ultimi anni, il veloce sviluppo della società è andato di pari passo con l’aumento del consumo di ogni sorta di bene commerciabile. Oggigiorno, tutti siamo più o meno consapevoli dell’impatto che le attività antropiche hanno sull’ecosistema terrestre. E sentendoci responsabili del cambio climatico che sta avvenendo, siamo alla ricerca di soluzioni alternative per attuare uno stile di vita ecosostenibile e più rispettoso.

Questa soluzione viene proprio dalla Natura che, grazie alle sue infinite risorse, ci offre nutrimenti e materiali rinnovabili con cui possiamo svolgere tutte le nostre attività.

Il segreto è saper guardare con l’intento giusto.

La cellulosa

L’intento giusto è quello che negli ultimi decenni ha portato molti ricercatori ed industrie a studiare in modo analitico ed esteso il più abbondante biopolimero presente sulla superficie terrestre: la cellulosa.
La cellulosa è un polimero, ossia una macromolecola formata da tante unità di glucosio unite fra loro. Essa può essere ricavata da qualsiasi tipo di materiale vegetale, essendo il maggior componente strutturale delle pareti delle piante.
Pertanto, è possibile ottenere cellulosa dalle piante, come ad esempio da sfalci agricoli, dal lino, dalla canapa, cellulosa dal bambù, ma anche da alcuni animali marini quali i tunicati e da microorganismi, come batteri e alcune classi di alghe.

La potenzialità della cellulosa

La potenzialità della cellulosa sta nel fatto che, oltre ad essere un materiale completamente di origine naturale e che potenzialmente può essere ricavato da biomassa di scarto, essa può avere caratteristiche finali diverse, in base al materiale di origine e al tipo di lavorazione a cui viene sottoposta.
Infatti, la matrice che compone la macromolecola di cellulosa può essere scomposta in frammenti molto più piccoli, fino ad ottenere le nanofibre di cellulosa.

Le nanofibre di cellulosa

È importante sottolineare che la nanocellulosa può essere ottenuta anche sottoforma di nanocristalli, a seconda del metodo che si utilizza per degradare la matrice vegetale di partenza.
In particolare, i metodi principali di lavorazione della cellulosa sono di natura chimica, meccanica, enzimatica o una combinazione di questi. Infine, la nanocellulosa può anche essere ottenuta direttamente da batteri che la possono sintetizzare all’interno delle loro cellule, divenendo così un processo biotecnologico.

Grazie alle loro microscopiche dimensioni – si parla di nanometri, ossia un miliardesimo di metro – le nanofibre di cellulosa acquisiscono particolari proprietà meccaniche, ottiche e termiche che le rendono i costituenti principali per svariate applicazioni.
Ad esempio, esse presentano un’elevata rigidità: con un modulo elastico che può arrivare a 220 GPa superano le fibre di Kevlar.

Queste nanofibre presentano anche un’elevata resistenza alla trazione, fino a 10 GPa, ossia maggiore della ghisa, ma non solo: il loro rapporto tra resistenza e peso risulta essere ben 8 volte superiore a quello dell’acciaio inossidabile.
Pertanto, esse vengono utilizzate come filler all’interno di altri materiali per incrementarne, appunto, le proprietà.

La nuova frontiera delle nanofibre

Le nanofibre, sono completamente biodegradabili, biocompatibili e bioderivate. Oggi costituiscono la nuova frontiera dei materiali di origine naturale in contrapposizione ai classici materiali derivati dal petrolio. Inoltre, l’elevata area superficiale e l’abbondante presenza di gruppi idrossilici – terminazioni molecolari formate da un atomo di ossigeno ed uno di idrogeno – consente di modificare superficialmente le nanofibre di cellulosa, in base al tipo di applicazione per cui le si intende impiegare.  

Pertanto, è facile intuire come le nanofibre di cellulosa trovino svariate applicazioni che vanno dall’ingegneria biomedica e sistemi di drug delivery, alle batterie e alla biosensoristica, all’industria della carta e delle bioplastiche per gli imballaggi, ai trattamenti purificanti delle acque reflue, dove essa è un’ottima candidata per la rimozione dei metalli pesanti grazie alle speciali proprietà assorbenti.

Altri settori in cui le nanofibre di cellulosa sono studiate ed impiegate come importante alternativa a materiali non ecosostenibili sono ad esempio il settore alimentare, quello farmaceutico, quello cosmetico e quello automobilistico e delle costruzioni.

Le nanofibre di bambù

All’interno di questo ricco e variegato panorama, le nanofibre di cellulosa derivate dal bambù diventano oggetto interessante di studio. Grazie ad una diversa struttura cristallina che le differenzia dalle nanofibre ottenute da pasta di legno, suggeriscono la possibilità di ottenere proprietà differenti aprendo la strada ad ulteriori applicazioni di questo versatile materiale.

Infatti, il bambù viene considerato un’importante risorsa alternativa per un processo di bioraffineria. Per questo motivo, si stanno cercando di abbattere i costi relativi all’ottenimento di nanofibre provando a sviluppare processi che prendono in considerazione diverse parti della pianta.

Autrice: Sara Casalini – Ingegnere chimico e biochimico

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