Associazione Italiana di Scienza
e Tecnologia delle Macromolecole
Associazione Italiana di Scienza e Tecnologia delle Macromolecole
XVIII Convegno Italiano di
Scienza e Tecnologia delle Macromolecole
AIM Magazine
16 - 20 Settembre 2007
B O L L E T T I N O
Grand Hotel Excelsior
Piazza Giovanni Verga, 39 – Catania
Università degli Studi di Catania
Istituto di Chimica e Tecnologia dei Polimeri, CNR – Catania
Dip. di Met. Fis. e Chim. per l’Ingegneria, Università di Catania
Facoltà di Farmacia, Università di Catania
Facoltà di Scienze Mat., Fis. e Naturali., Università di Catania
http://www.ictmp.ct.cnr.it/aim2007
Periodico Quadrimestrale Sped. in A.P. 45% Art. 2 Comma 20/B Legge 662/96 - Filiale di Pisa - Aut. Trib. di Pisa n. 13/96 del 04/09/1996 Stampe a tariffa ridotta - Tassa pagata - Aut. E.P.I. Dir. Filiale di Pisa - n. A.S.P./32424/GB del 30/12/1997 - Taxe Percue - Italia
Con il patrocinio di:
Anno XXXII • vol. 62 • n° 2-3
A I M
Maggio-Dicembre 2007
Spicchi come coltelli a doppia lama
I materiali che proteggono dal fuoco
Riciclare il PVC
www.aim.it
Stefano Testi
Pirelli Labs SpA - Viale Sarca 222 – 20126 Milano
E-mail: stefano.testi@pirelli .com
AIM Magazine
Direttore responsabile
Roberto Filippini Fantoni
Via Corridoni, 68 – 24124 Bergamo
Tel. 035-360437 – Fax 035-360437
E-mail: [email protected]
Dal mondo della Scienza
Pino Milano
Dipartimento di Chimica – Via S. Allende, 84081 Baronissi (SA)
Tel. 089-965365 – E-mail: [email protected]
Direttore editoriale
Eleonora Polo
ISOF-CNR – Sezione di Ferrara
c/o Dip. di Chimica, Università di Ferrara
Via Borsari 46, 44100 Ferrara
Tel. 0532-455159 – Fax 0532-240709 – E-mail: [email protected]
Polymers abroad
Michele Potenza
Agion Technologies Inc
60 Audubon Road, Wakefield, MA 01880 USA
Tel. +1 781 224 7144 - Fax +1 781 246 3340
E-mail: [email protected]
Comitato editoriale
Mauro Aglietto
Dip. Chimica e Chimica Industriale
Via Risorgimento 35 - 56126 Pisa
Tel. 050-2219269 - Fax 050-2219260
E-mail: [email protected]
Intellectual Property Monitor
Giuseppe Colucci
Basell Poliolefine Italia SpA - Piazzale Donegani 12 – 44100
Ferrara
Tel. 0532-467652 – Fax 0532-467675
E-mail: [email protected]
Eugenio Amendola
IMCB-CNR - P.le Tecchio 85 - 80125 Napoli
Tel. 081-7682511 - Fax 081-7682404
E-mail: [email protected]
I Giovani
Sabrina Carroccio
ICTP-CNR,
Viale A. Doria 6 - 95125 Catania
Tel. 095-339926 – Fax 095-442978
E-mail: [email protected]
Roberto Rizzo
Dipartimento BBCM, Università di Trieste
Via L. Giorgeri 1 - 34127 Trieste
Tel. 040-5583695 - Fax 040-5583691
E-mail: [email protected]
Michele Suman
Barilla Alimentare SpA - Via Mantova 166 – 43100 Parma
Tel. 0521-262332 – Fax 0521-262647
E-mail: [email protected]
Attualità & Divulgazione
Michele Suman
Polymers and Life
Michele Suman
Silvia Vicini
Dip. Chimica e Chimica Industriale
Via Dodecaneso 31 - 16146 Genova
Tel. 010-3538713 – Fax 010-3538733
E-mail: [email protected]
Polimeri e … Società
Mariano Pracella
IMCB-CNR - Via Diotisalvi 2 - 56126 Pisa
Tel. 050-511229 - Fax 050-511266 E-mail: [email protected]
Roberto Cavaton
Marbo Italia SpA - Via T. Tasso 25/27 – 20010 Pogliano Milanese
Tel. 02-939611 - E-mail: [email protected]
PMI
Mario Malinconico
ICTP-CNR - Via Campi Flegrei 34 - 80078 Pozzuoli(NA)
Tel. 081-8675212- Fax 081-8675230
E-mail: [email protected]
Macrotrivial
Eleonora Polo
Il mondo di AIM
Mauro Aglietto
Polimeri in cucina
La ricetta di Pippi
Collaboratori
Diego Arcelli
Anna Crestana
Ofelia Fusco
Giuliana Gorrasi
Guglielmo Paganetto
Claudia Regazzoni
Marzia Salvadori
Pietro Speziale
Gianluca Tell
l’ambiente
Eugenio Amendola
I Biopolimeri
Roberto Rizzo
Dal mondo della Tecnologia
Riccardo Po’
Chimica e Fisica dei Polimeri, Polymer Chemistry and Physics
EniTecnologie S.p.A. - Centro Ricerche di Novara Istituto Donegani
Via G. Fauser 4 – 28100 Novara
Tel. 0321-447541 – Fax 0321-447241
E-mail: [email protected]
Gabriele Mei
Basell Poliolefine Italia SpA - Piazzale Donegani 12 – 44100
Ferrara
Tel. 0532-467540 – Fax 0532-467780
E-mail: [email protected]
In
copertina:
AIM Magazine è un periodico quadrimestrale e i 3 numeri vanno in edicola a gennaio,
maggio e settembre. Chiediamo a tutti i lettori che intendano inviare contributi di farli
pervenire alla redazione improrogabilmente entro il 20 novembre, il 20 marzo o il 20 luglio.
Il materiale che arriverà dopo queste date potrà essere preso in considerazione solo per il
numero successivo.
AIM è su Internet!
La trovate a questo indirizzo: http://www.aim.it
Cliccate sulle icone per raggiungere il mondo di AIM.
Inoltre per un contatto diretto e ricevere informazioni in tempo reale sulle attività in corso
potete contattare la Segreteria amministrativa di AIM a Pisa a questo indirizzo E-mail: [email protected]
Organigramma dell’Associazione Italiana di Scienza e
Tecnologia delle Macromolecole (AIM) per il biennio 2006-2007
Presidente
Segretario
Tesoriere e responsabile editoriale
Membri del Consiglio Direttivo
Commissione Tecnologia
Commissione Giovani
Commissione Ambiente e Beni Culturali
Commissione Didattica
Scuole italiane
Scuole europee
Seminari internazionali e rapporti con EPF
Direttore responsabile AIM Magazine
Direttore Editoriale AIM Magazine
Beniamino Pirozzi
Dip. di Chimica, Complesso Universitario Monte S. Angelo, Via Cinthia, 80126 Napoli
Tel. 081-674463 – Fax 081-674300 – E-mail: [email protected]
Riccardo Po’
Chimica e Fisica dei Polimeri, Polymer Chemistry and Physics, EniTecnologie S.p.A. Centro Ricerche di Novara - Istituto Donegani, Via G. Fauser 4, 28100 Novara
Tel. 0321-447541 – Fax 0321- 447241 – E-mail: [email protected]
Mauro Aglietto
Dip. di Chimica e Chimica Industriale, Via Risorgimento 35, 56126 Pisa
Tel. 050-2219269 – Fax 050-2219260 – E-mail: [email protected]
Maurizio Galimberti
Consulente Industriale, c/o Pirelli Pneumatici, Viale Sarca 222, 20126 Milano
Tel. 02-64423160 – Fax 02-64425399 – E-mail: [email protected]
Daniele Caretti
Dip. Chimica Industriale e dei Materiali, Viale Risorgimento 4, 40136 Bologna
Tel. 051-2093686 – Fax 051-2093688 – E-mail: [email protected]
Silvia Destri
ISMAC-CNR, Via E. Bassini 15, 20133 Milano
Tel. 02-23699738 – Fax 02-70636400 – E-mail: [email protected]
Concetto Puglisi
ICTP-CNR, Viale Regina Margherita 6, 95123 Catania
Tel. 095 442928 – Fax 095 442978 – E-mail: [email protected]; [email protected]
Piero Sozzani
Dip. Scienza dei Materiali, Via R. Cozzi 53, 20125 Milano
Tel. 02-64485124 – Fax 02-64485400 – E-mail: [email protected]
Paolo Lomellini
Polimeri Europa SpA, Via Taliercio 14, 46100 Mantova
Tel. 0376-305399 – Fax 0376-305639 – E-mail: [email protected]
Sabrina Carroccio
ICTP-CNR, Viale A. Doria 6, 95125 Catania
Tel. 095-339926 – Fax 095-442978 – E-mail: [email protected]
Silvia Vicini
Dip. Chimica e Chimica Ind.le, Via Dodecaneso 31, 16146 Genova
Tel. 010-3538713 – Fax 010-3538733 – E-mail: [email protected]
Mario Malinconico
ICTP-CNR, Via Campi Flegrei 34, 80078 Pozzuoli (NA)
Tel. 081-8675212 – Fax 081-8675230– E-mail: [email protected]
Attilio Cesàro
Dipartimento BBCM, Via L. Giorgieri, 1, 34127 Trieste
Tel. 040-5583684 – Fax 040-5583691 – E-mail: [email protected]
Enrico Pedemonte
Dip. di Chimica e Chimica Industriale, Via Dodecaneso 31, 16146 Genova
Tel. 010-3538713 – Fax 010-3536199 – E-mail: [email protected]
Roberta Bongiovanni
Dip. Sci. Mat. e Ing. Chim., C.so Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino
Tel. 011-5644619 – Fax 011-5644699 – E-mail: [email protected]
Giovanni Camino
C. Cult. Ing. Mat. Plast., Politecnico di Torino, Viale T. Michel 5, 15100 Alessandria
Tel. 0131-229318 – Fax 0131-229331 – E-mail: [email protected]
Giancarlo Galli
Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Via Risorgimento 35, 56126 Pisa
Tel. 050-2219272 - Fax 050-2219260 - E-mail: [email protected]
Roberto Filippini Fantoni
Via Corridoni 68, 24124 Bergamo
Tel. 035-360437 – Fax 035-360437 – E-mail: [email protected]
Eleonora Polo
ISOF-CNR c/o Dip. di Chimica, Università di Ferrara, Via Borsari 46, 44100 Ferrara
Tel. 0532-455159 – Fax 0532-240709 – E-mail: [email protected]
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Adesione all’aim per il 2007 e per il 2008
Con delibera presa dal Direttivo AIM il 24.05.2005 a partire dal 2006 la quota per aderire all’AIM sarà soltanto biennale e pari a € 60.
Il pagamento può essere effettuato tramite versamento sui c/c bancario o postale dell’AIM oppure tramite invio di assegno bancario come
indicato qui di seguito:
r sul c/c bancario n. 000002135492 della Cassa di Risparmio di Pisa (Cod. ABI 06200, CAB Sportello 14011), Piazza Dante 1, 56126
Pisa, intestato a: AIM
r sul c/c postale n. 10267565 del Centro Compartimentale di Firenze intestato a: Associazione Italiana di Scienza e Tecnologia delle Macromolecole, Via Risorgimento 35, 56126 Pisa
r a mezzo assegno bancario o circolare intestato: AIM da inviare a: Segreteria Amministrativa AIM: c/o prof. Mauro Aglietto, Dipartimento
di Chimica e Chimica Industriale, Via Risorgimento 35, 56126 Pisa
r carta di credito. Compilate il modulo che potete scaricare dal nostro sito web www.aim.it e speditelo, anche tramite fax, a: Segreteria
Amministrativa AIM, c/o Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Via Risorgimento 35, 56126 Pisa
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Via A. Gherardesca • 56121 Ospedaletto • Pisa
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Finito di stampare nel mese di Agosto 2007
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Sommario
L’Editoriale (B. Pirozzi)................................................................................................
»
3
Polymers and Life
Forse non sapevate che …
Cloruro di sodio: indispensabile alla vita o colpevole di morti improvvise?
(R. Filippini Fantoni)….................................................................................................
»
5
Macrotrivial
I materiali della memoria. Come i polimeri custodiscono i ricordi (E. Polo)...................
»
7
Polymers Abroad
Membrane di acido poli(lattico-co-glicolico) per la cura della pelle: degradazione
in vitro e in vivo (C.A. Rezende, C. Luchesi, M. de Lourdes P. Barbo, E.A.R. Duek)........
»
15
PMI
Il poliuretano: un materiale versatile in continua evoluzione (E. Ruggiero)....................
»
22
Dal Mondo della Tecnologia
Le celle fotovoltaiche organiche e polimeriche: Parte Prima - principi e
meccanismo di funzionamento (R. Po, R. Fusco, L. Meda, F. Ferrazza)...........................
»
24
Elettrofilatura: una tecnologia antica per applicazioni innovative su scala ‘nano’
(M.L. Focarete, M. Scandola).........................................................................................
»
34
Dal Mondo della Scienza
Oxocluster di metalli di transizione come precursori di materiali ibridi-inorganici
organici con migliorate proprietà strutturali e funzionali (S. Gross, F. Graziola)..............
»
42
Polimeri e … Società
La Terza Missione dell’Università (P. Greco)...................................................................
»
50
Recensioni
Vernici: materiali, tecnologie, proprietà (A. Priola)........................................................
»
53
I Congressi svolti
XXVIII Convegno-Scuola AIM
Materiali polimerici ibridi e nanostrutturati (R. Dongiovanni, F. Graziola, R. Peila).........
»
54
Macrogiovani 2007 (S. Vicini, E. Princi, S. Losio, S. Carroccio, L. Falqui)....................
From Polymer Structure and Rheology to Process Modelling (EUPOC 2007)
(D. Ferri, P. Lomellini, M. Laus)....................................................................................
»
56
»
58
European Polymer Congress 2007 (M. Zigon)..............................................................
»
60
Innovazione nell’Imballaggio. Imballaggio Attivo e Intelligente (M. Galimberti).............
»
63
In ricordo di amici e colleghi recentemente scomparsi..................................................
»
66
Il mondo di AIM
AIM ed altro … (R. Rizzo, A. Cesàro)............................................................................
»
70
AIM: l’attività editoriale
Libri e Atti AIM.............................................................................................................
»
72
L’Editoriale
Un
biennio AIM:
commenti del Presidente
di Beniamino Pirozzi
L’
esperienza di presidenza dell’AIM per un
biennio è stata molto esaltante. Mi ha fatto
piacere farla anche se in certi momenti è
stata un po’ faticosa e, complessivamente, avrà
significato la mancata pubblicazione di alcuni
articoli scientifici. Far parte di un’associazione come l’AIM significa avere la possibilità di
incontrare quasi tutti i macromolecolari italiani,
esserne il Presidente significa effettivamente avere
contatti con buona parte di essi, sia di provenienza accademica che industriale. Questi contatti
arricchiscono molto dal punto di vista culturale e
rafforzano i rapporti di amicizia. Non a caso, forse
anche perché la nostra associazione non è a fini
di lucro, tra i componenti del Consiglio Direttivo
(CD) e tra i responsabili delle Commissioni, cioè
tra i componenti dello staff AIM, si respira un’aria
di grande cordialità e, spesso, di affetto. Durante il
biennio 2006-2007 sono state portate avanti con
successo molte attività che dimostrano ancora
una volta la vitalità della nostra associazione. Gli
ottimi risultati scaturiscono da un grosso e proficuo lavoro di squadra che, come ebbi a scrivere
in un precedente articolo, rende molto di più della
somma degli impegni dei singoli. L’antica formula
di rinnovare, ma non completamente, il CD e la
nuova formula di sfasare di un anno il rinnovo dei
coordinatori delle Commissioni rispetto ai componenti del CD sono certamente buone perché, se da
un lato i nuovi componenti portano sempre nuove
idee, dall’altro la permanenza di persone con una
certa esperienza è fondamentale.
Non penso sia il caso di fare un elenco delle attività svolte durante questo biennio, vi assicuro che
sono tante e diversificate: alcune di esse sono
riportate sul sito dell’AIM, nell’Archivio dell’Agenda. Vale la pena soltanto sottolineare qualche
iniziativa nuova, anche perché i soci, volendo,
possano inviare commenti, giudizi o suggerimenti.
Come linea di carattere generale ci tengo a sottolineare che il CD di questo biennio è andato nella
direzione di aprirsi il più possibile a collaborazioni
con altri enti nazionali o di altre nazioni. Questo si
è concretizzato con patrocini concessi e ricevuti in
alcune iniziative, in collaborazioni nello scegliere
relatori per incontri di una giornata o più, nella
stesura di documenti o testi. Devo riconoscere che
il contatto, almeno con l’Europa, si fa sempre più
attuale ed urgente per cui penso che sia opportuno continuare ad avere tra lo staff una persona
delegata ai contatti con gli stranieri, una sorta di
“Ministro degli Esteri” che faciliti ed implementi
contatti entro spazi sempre più ampi in modo tale
che la nostra associazione sia sempre più presente
tra le iniziative ad esempio dell’European Polymer
Federation.
In qualsiasi attività, sia di stampo accademico che
industriale, è necessario tener presente il ricambio
che si attua con la formazione di giovani. A tal
proposito le scuole, sia nazionali che internazionali, nella storia dell’AIM rappresentano un punto di
riferimento nella formazione di giovani ricercatori
che intendono approfondire la loro conoscenza nel
settore macromolecolare. La sede di Gargnano
(BS), magari scomoda da raggiungere, è però in
un certo senso strategica. Infatti, nei giorni dedicati
alla scuola, i partecipanti possono, a tempo pieno,
seguire lezioni tenute dai maggiori esperti italiani
e internazionali e possono avere contatti personali
con essi. È stato intrapresa una collaborazione
con il Consorzio Interuniversitario Nazionale per la
Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM), che
si spera continui nel tempo, che prevede iniziative
congiunte per i giovani. La prima azione concreta
è consistita nell’organizzare il Forum dei Giovani
(Modena, settembre 2006; previsto di nuovo a
Genova nell’autunno 2008). Inoltre, la Scuola
annuale di Gargnano, nel 2008 XXIX Scuola
“Mario Farina”, sarà in collaborazione con INSTM.
È diventata ormai tradizione quella di conferire tre
premi per la partecipazione allo Young European
Scientists (YES) dove il giovane premiato è invitato a tenere una conferenza che viene poi pubblicata su di una rivista scientifica (e-Polymer); lo YES
2007 è previsto a Cracovia (PL). È stato istituito il
1° premio AIM per giovani ricercatori. Un giovane
valente, socio AIM, riceverà un premio in denaro
e l’iscrizione al Convegno biennale AIM, e avrà
infine la possibilità di presentare il proprio lavoro
mediante una conferenza che terrà al Convegno
stesso.
La tradizione dell’AIM nell’impegno didattico è
ormai nota (vedi scuole italiane ed europee con
i relativi atti, libri di testo ecc.). In questo periodo di rivoluzione degli studi universitari l’AIM
non poteva essere assente; infatti è quasi pronto
un libro di testo adatto per un corso di Chimica
Macromolecolare per la laurea triennale, scritto da
soci AIM che hanno una lunga esperienza didattica
nel settore con il contributo di idee e di critica da
parte di un gruppo numerosi di soci “storici”. Anche
se non esattamente nella stessa linea sta per concludersi un altro lavoro durato a lungo nel tempo e
che sarà molto utile nel settore didattico e scientifico. È ormai pronto il dizionario tecnico nel settore
macromolecolare curato da soci AIM, ricercatori di
estrazione accademica ed industriale.
Nel biennio in corso le scuole, gli incontri internazionali, le giornate di studio ed altre iniziative
hanno avuto come temi principali: le fonti energetiche, l’imballaggio, in modo speciale quello
alimentare, le nanostrutture, la salute dell’uomo.
Tutte queste tematiche sono state comunque
affrontate tenendo presente un futuro con uno
sviluppo sostenibile. Anzi quest’ultimo aspetto è
stato affrontato in ambito multidisciplinare. In un
momento in cui l’attenzione per l’ambiente diventa sempre più forte l’AIM continua a dare il suo
contributo, anzi i soci AIM mettono sempre più a
disposizione di tutti le loro competenze. La giornata di Rimini nell’ambito di Ecomondo (novembre
2006) ne è un esempio. Non è mancata l’attenzione per l’uso delle materie plastiche nel design e
nell’architettura (Genova, febbraio 2006).
Una nota tutta particolare merita il ruolo che ha
avuto l’AIM nell’ambito del 41° Convegno IUPAC
(Torino, 5-12 agosto 2007). Questo è il Convegno
Mondiale della IUPAC che comprende tutta la
Chimica, sia di base che applicata. Sono state
previste ben 11 sessioni parallele e tra i conferenzieri ci sono i ricercatori più prestigiosi del mondo,
compresi vari premi Nobel. Per la prima volta in
un Convegno di questo tipo un’intera Sessione
sarà dedicata ai polimeri (Polymer Materials) e la
sua organizzazione è stata affidata all’AIM. Ciò ha
richiesto molto lavoro, tuttavia spero che questo
convegno rappresenti una degna vetrina mondiale
per l’AIM.
Desidero ringraziare il CD uscente per l’ottimo
lavoro svolto durante i passati due anni; per il
biennio 2008-2009, da socio con più esperienza,
con l’aiuto del nuovo presidente, mi impegnerò a
portare a termine le iniziative in corso e a proporne
nuove che diano una sempre maggiore visibilità
alla nostra associazione, principalmente in ambito
europeo. Tra le più importanti iniziative è senz’altro notevole il miglioramento e l’aggiornamento
continuo del sito Web, che dovrà essere sempre
più ricco di servizi e facilmente consultabile. Ciò
continuerà a richiedere un ingente sforzo economico da parte dell’AIM ed un notevole impegno
da parte di alcuni membri del CD e della segreteria amministrativa. Il sito Web dovrà essere nei
prossimi anni il canale attraverso il quale creare
un collegamento diretto tra i soci e i coordinatori
del lavoro dell’associazione. L’altro canale di informazione e di contatto con i soci è rappresentato
dall’AIM Magazine. La novità principale di questo
biennio è stato il gemellaggio con la parallela associazione brasiliana Abpol con la quale il Direttore
Responsabile è stato in contatto e con la quale
sono stati scambiati articoli. Penso che iniziative
del genere vadano incoraggiate ed estese ad altre
nazioni sia europee che extraeuropee.
Il momento più importante di aggregazione dei
soci è rappresentato dal Convegno dell’associazione che, come sappiamo, si svolge ogni due anni
nelle varie città italiane nelle quali è sviluppato lo
studio dei materiali polimerici. Il XVIII Convegno
AIM si svolgerà nella bella città di Catania dal 16
al 20 settembre 2007 presso l’Excelsior Grand
Hotel. Avremo modo di mantenerci aggiornati sul
lavoro dei colleghi macromolecolari italiani, di
avere spunti per la ricerca e di iniziare nuove collaborazioni. Apprezzeremo le bellezze delle nostra
bellissima Sicilia e la cortese ospitalità dei simpatici siciliani e chissà se non ci accoglierà con un
saluto anche ... l’Etna.
Polymers and Life
Forse
non sapevate
che……
di Roberto Filippini Fantoni
Premessa
Dopo esserci occupati di prodotti velenosi come il solfato di tallio e i derivati di selenio e di antimonio,
vogliamo occuparci oggi di un prodotto assolutamente comune, tra i più abbondanti in natura: il cloruro di sodio. Ma non illudetevi potrebbe anch’esso essere un .... killer silenzioso!
È indispensabile per ogni essere umano e vedremo il perché. Sulla necessità di controllarne le dosi
ingerite quotidianamente sono quasi tutti d’accordo anche se ci sono eccezioni che farebbero pensare
il contrario. Ma la capacità di mutazioni genetiche delle popolazioni potrebbe essere la spiegazione più
plausibile.
Se fa male a noi europei, non è detto che lo faccia altrettanto per popolazioni asiatiche che ne fanno
largo uso da sempre e non hanno problemi di ipertensione. Come sempre capita, da queste analisi si
evince che l’uomo si evolve geneticamente in funzione delle situazioni ambientali con le quali deve
convivere.
Tutte le notizie più importanti sono, ancora una volta, tratte dal libro “Molecules at an Exhibition.
Portraits of intriguing molecules in everyday life” di John Emsley.
Buona lettura!
Cloruro
di sodio:
indispensabile alla vita o
colpevole di morti improvvise?
S
i dice che un eccesso di cloruro di sodio fa
male a chi soffre di cuore o di ipertensione e
si consiglia di ridurne l’uso.
Vediamo di capire il perché anche se, leggendo quel
che raccontano differenti fonti, si rischia di avere le
idee più confuse di prima. Tenteremo egualmente di
districarci in questa marea di notizie contrastanti!
Ci preme intanto sottolineare la grande discrepanza tra i paesi che sono costretti a propagandare
una riduzione di sale e quelli che se lo avessero in
adeguata quantità potrebbero evitare un’innumerevole quantità di morti infantili.
Ma occupiamoci inizialmente della parte tecnica
della questione.
Una persona alimentandosi introduce mediamente
10 g di cloruro di sodio al giorno, una quantità tre
volte superiore al reale fabbisogno. Le fonti sono il
sale naturalmente contenuto nei cibi, quello aggiunto agli alimenti e quello che noi mettiamo direttamente. Le tre fonti sono responsabili, quasi in ugual
misura, di questa sovra-alimentazione salina.
Qualcuno si difende ricorrendo a liquidi o cibi a
basso contenuto di sodio: tutti conosciamo quella
particella di sodio (in realtà uno ione sodio solvatato) disciolta in acqua che si sente sola e non trova
con chi chiacchierare, pubblicità che non tiene
conto per nulla del numero di Avogadro, perché
altrimenti la solitudine di quella “particella di sodio”
sarebbe un’utopia e, anzi, la ricercherebbe ardentemente essendo circondata da trilioni di altri ioni
sodio. A volte alcuni, grazie alla psicosi circolante,
ricercano cibi le cui confezioni riportino la scritta “a
basso contenuto di sodio”. Ma forse costoro stanno
sprecando soldi e sarebbe meglio che abituassero
le proprie papille gustative a sapori meno intensi,
perché comunque del sodio abbiamo bisogno.
La risposta delle papille gustative al “salato” – uno
dei quattro gusti di base – è quella provocata dal
cloruro di sodio ed è qualcosa di assolutamente
peculiare, perché nessun altro sale – nell’accezione chimica del termine – o minerale provoca sulle
papille identica sensazione.
I risultati delle varie ricerche non giungono però
alle stesse conclusioni.
L’Intersalt Cooperative Research Group, dopo
aver esaminato 10000 persone ha concluso che,
passando da 9 g/dì a 4 g/dì, la pressione sistolica
(massima) scende di 20 unità, mentre la diastolica (minima) resta invariata. Dato che la maggior
responsabile delle morti per emorragia cerebrale
o per problemi cardiologici è la pressione sistolica
(massima), lo stesso gruppo ha sostenuto che la
riduzione del sale negli alimenti avrebbe un impatto benefico sulle morti per cardiopatia nettamente
superiore a quello di tutti i farmaci per la cura
dell’ipertensione.
Altri ricercatori hanno raggiunto conclusioni opposte, sostenendo che il sale non è pericoloso per la
pressione nei soggetti che presentano valori normali. Solo persone anziane o soggette a ipertensione
devono ridurre il sale nella propria alimentazione.
Di fronte a queste prese di posizione apparentemente inconciliabili la maggior parte delle persone
resta sconcertata. In questi casi ci si affida quasi
sempre alle indicazioni del medico di base o dello
specialista. In generale, se gli altri fattori di rischio
(fumo, soprappeso, stress) sono sotto controllo,
non ci dovrebbero essere troppi problemi. Il fattore comunque più importante per prevedere lunga
vita è quello ereditario, un aspetto del problema
sul quale non abbiamo nessun tipo di controllo.
Ma quali sono le funzioni del sale nel nostro organismo?
Ogni cellula ha bisogno di un po’ di sodio e sono
i muscoli e il sangue quelli che più lo utilizzano.
Insieme al potassio è uno dei vettori degli impulsi
elettrici lungo le fibre nervose, cosa questa di primaria importanza per il funzionamento corretto del
nostro organismo. I sali in generale è necessario
fornirli costantemente, perché vengono persi nei
reni quando il sangue vi passa per la purificazione.
Inoltre con il sudore se ne perdono dosi massicce,
tant’è che per gli atleti ci sono bevande che reinte-
grano queste perdite. Per fortuna gli alimenti sono
pieni di sali di sodio e di potassio e quindi non
dobbiamo preoccuparci di poter essere a corto di
questi elementi ... anzi è del contrario che dobbiamo aver timore. Una dieta che elimina sostanze
molto salate (es. patatine fritte e alcuni formaggi),
introduce comunque nel nostro organismo circa 6
grammi di sale al giorno. Per scendere a 3 grammi
si devono compiere grandi sacrifici, eliminando
quasi del tutto il pane e utilizzando solo il sodio
contenuto negli alimenti che sono poveri di cloruro
di sodio. Un bel sacrificio!
Adesso affrontiamo l’altro lato della medaglia: le
forzate alimentazioni ipo-saline.
E, se vogliamo parlarne dobbiamo veramente
“mettere il sale” nelle ferite del nostro sistema
mondo. Una cosa che ci deve far meditare è il
fatto che, se nei paesi altamente sviluppati i consigli sono di ridurre il sale e lo zucchero, nei paesi
tropicali sottosviluppati la mancanza di questi due
elementi vitali provoca terribili diarree che portano a 12 milioni di morti infantili ogni anno. Le
contromisure sarebbero molto semplici: una bibita
preparata con otto cucchiaini di zucchero e uno di
sale in 500 cc di acqua potrebbe salvare la vita a
un bambino malato. Ci vorrebbe veramente poco!
Ma, purtroppo, ogni anno si procede molto, troppo lentamente e sarebbe necessario un maggiore
coinvolgimento globale dei paesi industrializzati per
stroncare questa ignobile catastrofe. Le soluzioni
sarebbero anche abbastanza semplici, ma manca
la volontà politica per mettere in atto una serie di
interventi mirati. Non è per fare della demagogia di
bassa lega, ma se gli Stati più potenti e industrializzati riducessero un po’ le loro spese militari e si
alleassero per risolvere questo problema, allora sì
che il mondo avrebbe meno bisogno di guerre e
vivremmo tutti con assai meno problemi.
Sappiamo che la logistica di questi interventi non
è sempre tra le più facili da mettere in atto, ma
se nei casi disperati (catastrofi come terremoti,
alluvioni, cicloni e tsunami) una coordinazione
di sforzi riesce a risolvere in tempi relativamente
brevi grandi emergenze, basterebbe uno sforzo
comune costante, incisivo e prolungato nel tempo
per debellare in modo definitivo alcuni problemi
legati alle carenze alimentari.
In questo caso potremmo dire che ai potenti forse
non manca il sale per il loro fabbisogno alimentare, ma quel “granus salis” di cui parlavano i nostri
sapienti antenati latini.
Avviso
Per aiutare a tenere alto il livello di interesse di questa rubrica invitiamo i lettori che disponessero di notizie
strane o aneddoti su materiali macromolecolari di inviarli, via posta elettronica, al curatore di questa rubrica
([email protected])
Macrotrivial
I
materiali della memoria.
Come i polimeri custodiscono i ricordi
di Eleonora Polo
Prima del fonografo
Uno dei precursori più
interessanti è stato il
fonoautografo, brevettato nel 1857 da EdouardLéon Scott de Martinville.
Questo strumento riusciva a tradurre visivamente
un suono, ma non era in grado di riprodurlo. Lo
strumento era costituito da un corno/barilotto che
concentrava le onde sonore su una membrana cui
era saldata una setola di maiale, che, muovendosi,
scriveva su una lastra di vetro rivestita di nerofumo o, nei modelli successivi, su rotoli o cilindri di
carta. Il fonoautografo era usato esclusivamente
per lo studio fisico dei fenomeni acustici, ma soltanto dopo l’invenzione del fonografo si capì che la
forma d’onda tracciata sul cilindro era veramente
la registrazione di un suono che sarebbe stato
anche possibile riascoltare, se solo ci fosse stato
lo strumento giusto.
Una variante, che definirei un pochino macabra,
è stata realizzata qualche anno dopo (1874)
da Andrew Graham Bell, che stava studiando
le modalità con cui l’orecchio individua i suoni.
Bell mise a punto una versione biomeccanica
del fonoautografo usando orecchie prelevate da
cadaveri umani: un corno concentrava il suono
sull’orecchio esterno, mentre le parti mobili dell’orecchio interno erano collegate ad una puntina
che incideva un film di carbone depositato su una
lastra di vetro.
Ingannevole è la memoria sopra ogni cosa
L’atto del ricordare non richiede soltanto la
ricerca, ma anche la ricostruzione degli eventi
passati […]. Il fatto che ricordare sia un processo
ricostruttivo solleva il problema di quanto siano
accurati i nostri ricordi e di quali circostanze
influiscano sull’accuratezza del ricordo. (Anna
M. Longoni, La memoria)
P
er secoli il ricordo degli eventi musicali e teatrali è stato affidato esclusivamente alla memoria. A differenza di altre espressioni artistiche
(quadri, libri, …) che possiamo gustare anche molti
secoli dopo la loro produzione, concerti, opere e
rappresentazioni teatrali sono pezzi unici irripetibili.
Neppure la memoria più allenata potrebbe ripercorrere una intera performance dall’inizio alla fine. A
complicare il tutto contribuisce anche il fatto che noi
culliamo la falsa illusione che i ricordi, soprattutto i
nostri, siano immutabili nel tempo, ma non è così.
Ci sono più cose in cielo e in terra…
Un antico proverbio sentenzia: Verba volant, scripta manent, ma oggi non è più vero. Grazie a mezzi
di registrazione sempre più sofisticati, è oggi possibile catturare e conservare ogni tipo di evento
sonoro e visivo. Ripercorrere la storia della conquista dei ricordi è un viaggio molto più articolato
di quanto si possa pensare, perché c’è molto di
più di fonografi, grammofoni, nastri magnetici, CD
o DVD. Le tecnologie che hanno avuto maggiore
diffusione non sono state sempre e soltanto quelle intrinsecamente migliori, ma quelle che sono
riuscite più di altre a coniugare tecnica, economicità, funzionalità e facilità di riproduzione su larga
scala.
Senza i materiali polimerici tutto questo sarebbe
ancora un sogno.
Il fonografo
Nel 1876, Thomas
Alva Edison (una ne
fa, cento ne pensa… e
tutte le brevetta), che
stava già lavorando
da tempo all’invenzione del telefono, fu battuto
sul tempo da A.G. Bell (sarebbe più corretto dire
Antonio Meucci). Circa un anno dopo, Edison, sulla
base degli studi fatti, brevettò invece un dispositivo
elettromagnetico in grado di trascrivere i messaggi
telefonici su una striscia di carta rivestita di cera. Il
primo tentativo di registrazione (un urlo dello stesso Edison) diede risultati poco riconoscibili, ma gli
fece capire di essere comunque sulla buona strada.
La sostituzione della carta con un foglio di stagno
risolse brillantemente il problema.
prima vera applicazione su larga scala della nuova
tecnologia. La cera fu completamente o in parte
sostituita dalla paraffina, che rendeva possibile
cancellare e riscrivere i cilindri, alternativamente
incisi e pelati fino ad esaurimento del rivestimento.
Alcuni cilindri originali ci sono arrivati in ottime
condizioni e ci tramandano i primi suoni mai registrati nella storia. La loro conservazione richiede
particolari precauzioni, perché si tratta di supporti
molto delicati che si deteriorano con l’uso, soprattutto alle estremità, e lo strato di paraffina, per la
sua natura organica, è facile terreno di coltura per
muffe ed altri microrganismi.
Curiosità n° 1: le prime parole registrate
Mary had a little lamb, its fleece was white as
snow, /and everywhere that Mary went, the
lamb was sure to go.
(Maria aveva un piccolo agnello, / bianco come
la neve era il suo vello, / ed ovunque Maria se
ne iva, / al sicuro l’agnello la seguiva)
Certo, da un genio come Edison ci saremmo
aspettati qualcosa di più memorabile, ma questo è ciò che ci tramanda la storia, o meglio, la
leggenda. È invece molto più probabile che le
prime parole mai registrate siano state incise
dai suoi due assistenti, Charles Bachelor e John
Kruesi, che avranno sicuramente fatto delle
prove preliminari prima di chiamare il Boss per
la dimostrazione decisiva.
Curiosità n° 2: il commento
Quando sentì parlare dell’invenzione del fonografo,
Bell commentò: “Perché mai non ci ho pensato io?”
Il grammofono
a) Gli albori
Nel 1893 fu venduto il primo grammofono, brevettato da un emigrato tedesco, Emile
Berliner, che aveva
utilizzato dischi in
celluloide incisi su
un solo lato. La
Una volta inventato il fonografo, Edison, più bravo
come inventore che come uomo d’affari, sembrò
dimenticarsene per almeno dieci anni, giusto quando, scaduti i brevetti, molti altri inventori avevano
cominciato a copiare e perfezionare la sua macchina.
I risultati migliori furono ottenuti da un allievo di Bell,
Charles Sumner Tainter (1885), che utilizzò un cilindro rivestito di carnauba (la cera naturale più resistente ed altofondente che si conosca) e migliorò anche
l’apparecchiatura per la riproduzione dei suoni.
Curiosità n° 3: Nipper, da Edison a Berliner
Accanto a Lassie, Rin Tin Tin e Rex, il bastardino
del logo della RCA Victor è uno dei cani più famosi
al mondo. Non si tratta di una creazione pubblicitaria, ma di un cane in carne ed ossa ereditato
dal pittore inglese Francis Barraud alla morte del
fratello. Il cane aveva un bel caratterino (Nipper =
azzannatore, per via della sua passione smodata
per le caviglie) ed era molto curioso; in particolare, lo affascinava il suono emesso dal fonografo.
Francis lo ritrasse proprio mentre riascoltava la
voce registrata del suo vecchio padrone. Il ritratto fu
scartato con disprezzo da Edison (I cani non ascoltano il fonografo!), un grosso errore commerciale
che gli fece perdere uno dei loghi più amati di tutti
i tempi. Lo comprò invece la English Gramophone
Company a patto che il fonografo fosse sostituito da
un grammofono. L’originale si trova ora negli uffici
della sede della EMI; se lo si osserva dall’angolatura
giusta, si riesce ancora a vedere il fonografo originale coperto dal secondo strato di pittura. In seguito
il logo fu comprato da Berliner che lo adottò immediatamente per la sua nuova Compagnia ancor
prima di averlo registrato.
Edison tornò ad interessarsi al fonografo solo
due anni dopo e fondò la Edison Phonograph
Corporation per commercializzare il dittafono, la
molti anni, finché i dischi hanno avuto la meglio.
Essi, infatti, erano più economici da produrre perché si potevano stampare in migliaia di copie a
partire da un solo master; il pesante piatto girevole
in ghisa, agendo da volano, favoriva la conservazione di una velocità di rotazione regolare, mentre
la macchina a cilindri, non possedendo tale inerzia
rotazionale, era maggiormente soggetta a fluttuazioni e richiedeva, quindi, una meccanica più raffinata e costosa; infine, i dischi erano più pratici da
impilare e trasportare. Ma il colpo di grazia, come
spesso accade, fu sferrato dalla migliore strategia
di marketing e dall’introduzione di dischi incisi su
entrambi i lati (1908). Tuttavia, all’inizio le due
invenzioni, pensate soprattutto come strumenti
per sostituire il lavoro manuale degli stenografi,
non fruttarono subito grandi guadagni, finché
qualcuno non ebbe la brillante idea di fabbricare
una macchina funzionante a monetine per ascoltare la musica nei locali pubblici: era nato il primo
jukebox e si era stretto anche un legame indissolubile fra industria dell’intrattenimento e tecniche
di registrazione e diffusione del suono. Appena
arrivarono i soldi, sorsero anche le prime cause
legali sulla priorità dei brevetti e per lo sfruttamento commerciale delle nuove tecnologie.
Nipper, le due versioni
qualità della macchina era di gran lunga inferiore a
quella di Edison e solo il fortunato incontro (1896)
con Eldridge Johnson, che inventò un grammofono affidabile ed economico, permise la nascita di
un nuovo colosso della musica, la Victor Talking
Machine Co. (in Europa HMV, His Master’s Voice,
poi comprata dalla RCA).
b) L’evoluzione
Nel 1906, la Indestructible Record Company iniziò
la produzione su larga scala di cilindri in celluloide,
che non si rompevano e potevano essere suonati
centinaia di volte senza rovinarsi. Questo materiale non poteva essere rasato come la cera e, quindi,
non era adatto alla registrazione e cancellazione,
ma presentava l’enorme vantaggio di produrre
registrazioni durature. Anzi le più durature in assoluto (se i dischi non si incendiano spontaneamente) prima dell’avvento del digitale; i dischi in vinile
ed i nastri magnetici sono molto più deperibili e
meno affidabili. Questa tecnologia fu acquistata
dalla Columbia Phonograph (oggi parte della CBS
Records), mentre la Edison cominciò a produrre
autonomamente cilindri in gesso rivestiti di amberolo (un tipo di celluloide). Il gesso è la causa
principale del loro pessimo stato di conservazione,
perché si espande e deforma con l’umidità.
Curiosità n° 4: qualcosa di molto personale
Molti sono all’oscuro del fatto che il comune interesse di Edison e Bell per i fenomeni acustici e la
trasmissione del suono era legato alla loro storia
personale. Edison aveva contratto da bambino
la scarlattina ed era rimasto parzialmente sordo.
Molti membri della famiglia di Bell, compresa la
madre, erano sordi e lui stesso, sulle orme del
padre, si dedicava all’insegnamento ai sordomuti ed aveva sposato una delle sue allieve.
c) Cilindro o disco?
Nei primi brevetti, Edison aveva già descritto l’uso
di dischi al posto dei cilindri, ma aveva preferito
questi ultimi, che gli sembravano più corretti dal
punto di vista scientifico. Il cilindro, infatti, dovrebbe essere più accurato, perché la velocità lineare
di scorrimento si mantiene costante per tutta la
durata della registrazione, mentre nel disco diminuisce dall’esterno verso l’interno. Tuttavia, i vecchi dischi sembrano migliori dei cilindri se suonati
con mezzi di riproduzione moderni; dobbiamo però
ricordare che la registrazione su disco era riservata a professionisti del settore, mentre la maggior
parte dei cilindri era registrata da dilettanti, soprattutto in casa ed in ufficio. Sulle apparecchiature
dell’epoca la resa sonora di dischi e cilindri era
abbastanza simile, questo spiega il fatto che le
due tecnologie siano andate avanti in parallelo per
DictaBelt
Cilindri e dischi hanno
continuato a contendersi il mercato musicale
fino all’inizio della Prima
Guerra Mondiale, quando
la Columbia smise di produrre i cilindri e la Edison
cominciò a fabbricare i
dischi in proprio, pur non
abbandonando i cilindri per un altro decennio. Ma
la tecnologia del fonografo a cilindri non morì del
tutto, perché, nel 1923, dalla Columbia si scorporò
la Dictaphone Corporation, specializzata nella vendita di dittafoni ed attiva ancor oggi. Fino al 1947,
la Dictaphone, come la concorrente Edison, impiegò cilindri di cera, poi si verificò la svolta decisiva
con la fabbricazione del DictaBelt, un’apparecchiatura che scriveva su strisce flessibili in PVC, che
potevano essere incise una sola volta, ma riascoltate ripetutamente senza rovinarsi. Le prime strisce
erano piuttosto rigide nelle giunzioni (il loro punto
debole), ma il problema fu risolto utilizzando sia formulazioni più resistenti all’indurimento nel tempo
e meno sensibili ai raggi UV (acetato di vinile) sia
impiegando estrusori capaci di produrre strisce
senza saldature. La colorazione delle strisce variava
in base all’anno di produzione, un accorgimento
molto utile per la catalogazione in ambito aziendale (rosso: 1950-1964, blu: 1964-1975; viola: dal
1975 in poi). La qualità audio delle strisce ben registrate e conservate è decisamente superiore a quella dei nastri magnetici degli anni ’50 e ’60, ormai
inascoltabili a causa dell’ossidazione. I problemi
più frequenti sono la perdita di elasticità (che può
essere parzialmente ripristinata con un trattamento
chimico) e/o la formazione di pieghe rigide dovute
al fatto che le strisce erano conservate schiacciate ed impilate le une sulle altre. Un’altra grossa
difficoltà è costituita dal fatto che sono rimasti in
circolazione pochi DictaBelt in grado di leggerle,
poiché molte aziende se ne sono liberate negli anni
Sessanta (per sostituirli con i nastri magnetici) ed i
pezzi di ricambio sono quasi introvabili. Il fatto che
i DictaBelt siano rimasti confinati all’uso professionale (tranne il caso in cui gli impiegati li portavano
a casa per piccole registrazioni familiari durante il
fine settimana) è dovuto essenzialmente al costo
proibitivo delle apparecchiature, decisamente fuori
dalla portata del consumatore medio.
Gommalacca
È un polimero naturale raccolto dalla corteccia
degli alberi delle foreste della Tailandia e dell’Assam, dove il coleottero femmina Kerria Lacca lo
deposita per ottenere una salda presa sull’albero. Una volta purificata, la sostanza assume la
forma di pallottoline di colore giallo/bruno. È
costituita da esteri di acidi grassi (70-82%; catene da 28 a 34 atomi di carbonio), alcoli a lunga
catena (8-14%), acidi (1-4%) ed idrocarburi
(1-6%). La miscelazione con polvere di legno e
la compressione a caldo trasformano la gommalacca in un composto termoplastico che, però,
si trasforma in un materiale termoindurente con
l’invecchiamento. La gommalacca è solubile in
soluzioni alcaline e nei comuni solventi organici.
La soluzione alcolica è impiegata ancor oggi per
cerare la frutta, negli stampi dentari e come rifinitura per mobili e strumenti musicali. Essendo
anche commestibile, la gommalacca viene usata
anche come agente lucidante (E904 o beetlejuice) per pillole e caramelle.
anche dischi colorati o con disegni in trasparenza. La bontà del suono riprodotto e la durata dei
dischi in vinile dipende essenzialmente dalla qualità del polimero usato. All’inizio degli anni ’70,
le industrie discografiche, per ridurre i costi della
produzione su larga scala, hanno cominciato a
produrre vinile leggero, venduto dalla RCA come
Dynaflex (125 g/m2), di spessore ridotto e contenente anche vinile riciclato, le cui impurezze sono
responsabili dei difetti audio che lo rendono inviso
ai collezionisti. Nelle versioni di pregio si usava,
invece, vinile vergine o pesante (180 g/m2), molto
più costoso, ma meno deformabile con l’uso e
privo di difetti acustici. Nonostante l’avvento dei
CD, i dischi in vinile continuano ad essere prodotti,
perché sono ancora molto richiesti da collezionisti,
da cantanti Hip hop e DJ, perché si prestano a
manipolazioni assolutamente impensabili con CD
o audiocassette.
Dischi ed LP
a) Materiali
I primi dischi da grammofono erano in ebanite (caucciù con un alto grado di vulcanizzazione), sostituita
a partire dal 1897 da una miscela di gommalacca
(25%), ardesia in polvere, riempitivo di cotone pressato (simile alla carta da pacchi) e piccole quantità
di cera lubrificante. La produzione su grande scala
iniziò ad Hannover e continuò fino agli anni ’50.
A partire dal 1904 cominciò la commercializzazione di dischi infrangibili in cartapesta rivestita di
celluloide, che però, oltre ad essere infiammabili,
producevano un suono molto disturbato da scricchiolii e fruscii.
Nel 1938 sono stati prodotti i primi dischi in PVC
(chiamato semplicemente vinile), che presentavano minori distorsioni sonore rispetto a gommalacca e celluloide ed erano anche infrangibili. La
colorazione nera era dovuta all’aggiunta di nerofumo che rendeva i dischi più resistenti ed opachi.
Per la gioia dei collezionisti furono messi in vendita
Curiosità n° 5
Nella ex-URSS le copie illegali della musica
proibita dal governo erano registrate clandestinamente in casa su vecchie radiografie, da cui il
soprannome di Bones.
b) Incisione
Prima dell’avvento dei nastri magnetici il suono era
inciso con una puntina direttamente sul master. I
primi master erano in cera morbida, sostituita più
tardi da una lacca più rigida che consentiva maggiori volumi di suono. La preparazione del master
costituiva una vera e propria opera d’arte in cui
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l’operatore doveva calcolare di volta in volta l’ampiezza del solco necessario per registrare al meglio
le variazioni del suono ad ogni rotazione del piatto.
Spesso i tecnici del suono firmavano il loro lavoro o lasciavano commenti spiritosi nell’area del
master in cui erano incisi i codici di identificazione
della registrazione. Il master veniva poi placcato
con una lega di nickel mediante galvanoplastica,
per dare la matrice. Una volta staccato il metallo
dalla lacca, si otteneva un master negativo che nei
primi anni di produzione veniva usato direttamente
per stampare le copie dei dischi. Quando le vendite decollarono, fu necessario aggiungere un altro
passaggio: il master metallico veniva sottoposto
ad una seconda galvanoplastica per dare matrici
positive da cui ricavare molti negativi (stampers),
che potevano essere usati direttamente nelle presse idrauliche per stampare i dischi. Il vantaggio
rispetto al metodo precedente consisteva nel fatto
che si potevano produrre più copie di stampers e,
quindi, molti più dischi alla volta.
dossalmente, segnò un declino nell’uso domestico
dei dischi a favore della più economica e versatile
radio. Solo a partire dall’inizio della Seconda Guerra
Mondiale l’interesse verso i dischi riprese quota,
favorito anche dalla diffusione di giradischi portatili.
Nel frattempo, proprio grazie all’elettricità, dopo i
primi registratori su filo metallico, che presentavano grossi problemi di tipo tecnico e non si prestavano alla produzione per uso domestico, cominciò
ad emergere un nuovo tipo di supporto, il nastro
magnetico, una invenzione tutta europea.
Curiosità n° 6
Nel 1896, l’US Patent Office ricevette da Valdemar
Poulsen, un ingegnere elettronico danese, la
richiesta di depositare un brevetto basato sull’idea di magnetizzare un filo d’acciaio in modo
da poter riascoltare il messaggio originale senza
produrre variazioni fisiche nel materiale di registrazione. L’ufficio brevetti, che riteneva questa
idea contraria a tutte le leggi del magnetismo
conosciute, pose come condizione vincolante la
fabbricazione di un prototipo funzionante e l’esecuzione di una dimostrazione pratica. Nonostante
le difficoltà tecniche ed i costi, l’inventore riuscì a
soddisfare tutte le richieste dell’ufficio e, dopo tre
anni di beghe legali, ottenne il sospirato brevetto
che, però, non riuscì a sfruttare per la mancanza
di elettronica adeguata.
c) Conservazione
I dischi in gommalacca sono molto fragili e devono essere maneggiati con particolare attenzione.
Tuttavia, se si rompono, possono essere ancora
suonati se la cartapesta all’interno mantiene uniti
i vari pezzi.
I dischi in vinile, benché infrangibili, si graffiano
facilmente ed accumulano molta elettricità statica e, di conseguenza, grosse quantità di polvere
molto difficile da rimuovere completamente. I
dischi possono deformarsi per esposizione al calore, impilamento improprio, giradischi non adatti,
puntine sbagliate o usurate, custodie in plastica
troppo aderenti.
Il primo nastro da registrazione ed il relativo apparecchio di riproduzione sono stati fabbricati nel
1926 dall’ingegnere tedesco Fritz Pfleumer sulla
base del registratore a filo magnetico, inventato
da Curt Stille negli anni ’20 e basato sul brevetto
di Valdemar Poulsen. Le bobine dei nastri erano
costituite da rotoli di carta su cui era incollata polvere di ferro. La carta produceva molti detriti e si
rompeva facilmente, ma almeno era molto facile
riparare un nastro rotto.
Curiosità n° 7: i nastri e le sigarette
Negli anni ’20, il boom della vendita delle sigarette fece nascere l’esigenza di trovare un sostituto economico della sottile fascia d’oro che
decorava le sigarette di marca. Pfleumer risolse
il problema riuscendo a depositare sulla carta
una sottilissima striscia di bronzo color oro. Da lì
gli venne l’idea di impiegare la stessa tecnologia
per creare un nastro magnetico da registrazione
in carta che sostituisse il costoso e poco pratico
filo d’acciaio.
Disco in oro (e copertina con istruzioni) affidati alla
sonda Voyager: contiene suoni ed immagini della Terra
ad uso di eventuali extraterrestri.
Nastri magnetici e derivati
Negli anni ’20, il passaggio dalla manovella alla
corrente elettrica migliorò decisamente la qualità
della registrazione e della riproduzione, ma, para-
Due aziende tedesche, la Aeg e la BASF, intuita
la potenzialità della nuova tecnologia, si accorda-
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rono per sfruttare al meglio le relative competenze:
furono così prodotti e venduti contemporaneamente nastri e registratori compatibili. La carta
fu sostituita ben presto dall’acetato di cellulosa
ricoperto di ferrocarbonile (prodotto in grosse
quantità dalla BASF per cavi telefonici e radio) e
mescolato ad altro acetato per una migliore adesione. Il nastro ancora umido era sottoposto ad un
forte campo magnetico per allineare le particelle
di metallo. Una volta asciugati e lucidati, i nastri
risultavano di colore grigio chiaro. Nell’estate del
1936, il ferrocarbonile fu sostituito dalla ferrite
(Fe3O4) e, dal 1939, dal γ-Fe2O3, che garantivano migliori prestazioni. Questi nastri erano neri
sul lato di incisione e leggermente più chiari sul
retro per l’aggiunta di biossido di titanio. Nel 1942
l’acetato di cellulosa fu in buona parte sostituito
dal PVC, che permetteva di saltare un passaggio
nella produzione, in quanto l’ossido poteva essere
disperso direttamente nel polimero fuso prima
della calandratura. Questa dispersione più uniforme nella matrice polimerica produceva anche
effetti positivi sulla qualità della registrazione.
Dopo la Seconda Guerra Mondiale questa tecnologia fu portata in Gran Bretagna e negli Stati Uniti
da un geniale inventore al seguito delle truppe
alleate, Jack Mullin. Il nastro magnetico ebbe
una fortissima influenza sulla radio, sul cinema e
sull’industria della registrazione: i suoni potevano
essere registrati, cancellati e ri-registrati sullo stesso nastro più volte. I nastri potevano essere copiati
tra loro, tagliati ed incollati in modo analogo alle
pellicole cinematografiche. Si potevano pre-registrare parti di programmi e la pubblicità che, fino
ad allora, erano quasi sempre eseguite dal vivo. I
miglioramenti si susseguirono a ritmo frenetico,
soprattutto sul versante della qualità audio (stereo,
quadrifonia, Dolby …). Negli anni ’60 l’acetato di
cellulosa, ancora impiegato negli USA, fu sostituito dal poliestere (Mylar). L’originale ossido ferrico
ha ceduto il posto alla versione dopata con cobalto, al CrO2 o a finissime particelle metalliche. Nel
1964 la Phillips Electronics Company lanciò sul
mercato le audiocassette, che provocarono una
vera rivoluzione nella registrazione domestica,
anche se la resa è decisamente inferiore a quella
delle bobine. Negli anni Settanta, l’introduzione
degli walkman (Sony) ha consentito anche la portabilità della musica. Molti musicisti e consumatori preferiscono ancora il tipo di suono riprodotto
dalle bobine, a loro avviso più ricco di sfumature,
impasto orchestrale e colore, meno asettico e freddo di quello digitale.
Nel 1950, mentre lavorava con Bing Crosby,
Mullin inventò anche il primo prototipo di registratore video a nastro magnetico (VHS). I nastri sono
stati impiegati poi anche per il salvataggio dei dati
dei computer. Audiocassette e VHS, soprattutto
quelle pre-registrate, hanno ormai ceduto il passo
alle nuove tecnologie (il colpo di grazia è stato
sferrato dall’I-Pod, per la musica, e dai DVD, per
il cinema), benché siano ancora prodotte quelle
da registrazione. I principali difetti che presentano
sono la deteriorabilità dello strato di ossido, la
facilità con cui può essere piegato il nastro e i problemi di trascinamento causati dalle componenti
meccaniche delle cassette.
Compact Disc: Musica per gli gnomi
La Phillips Company, che aveva sviluppato il
laser disc per le registrazioni video già alla fine
degli anni ’70, decise di mettersi in società con la
Sony che aveva prodotto un registratore a nastro
digitale per realizzare i master di registrazione. I
nuovi dischi (messi in vendita nel 1982) furono
realizzati riversando normali nastri incisi in sala
di registrazione su nastri digitali con i quali erano
masterizzati i laser disc (passaggio saltato nelle
nuove incisioni). A partire dal master del laser
Curiosità n° 8. Perché la durata massima di un
CD è 74 minuti e il diametro 12 cm?
Perché il vicepresidente della Sony, Norio
Ohga, che aveva studiato al Conservatorio
di Berlino, nutriva un amore profondo per
la Nona Sinfonia di Beethoven e decise che
quello sarebbe stato lo standard. Fra tutte le
versioni disponibili, fu scelta quella diretta da
Wilhelm Furtwängler al Bayreuther Festspiele
(1951) di otto minuti più lunga (74 min.) di
quella incisa da Herbert von Karajan con i
Berliner Philarmoniker. Il diametro di 12 cm
è quello necessario per contenere un brano di
questa durata.
Il mitico Ampex, la prima macchina a nastri magnetici
12
disc si stampavano i duplicati in policarbonato,
poi ricoperti da uno strato riflettente di alluminio
lucido (oppure oro, destinato ai collezionisti perché di maggiore durata) e protetti con uno strato
di vernice trasparente dall’ossidazione e dall’accumulo di
elettricità statica e polvere.
Il prototipo del lettore CD fu
chiamato Pinkeltje (lo gnomo
protagonista di una serie di
famose fiabe danesi) ed era
veramente piccolo se paragonato ai mezzi di riproduzione
allora esistenti. Il costo iniziale cominciò gradualmente
a scendere e questo, insieme alla ottima resa
sonora, contribuì alla diffusione del nuovo supporto fra i consumatori. Tre anni dopo iniziò la
produzione dei CD-ROM per la conservazione
dei dati registrati sui computer. I dati dei CD,
come quelli dei dischi (e diversamente da quelli dei supporti magnetici) sono ordinati lungo
un’unica traccia a forma di spirale, che, però,
parte dal centro e procede verso l’esterno, consentendo quindi la produzione di CD di varie
dimensioni e forme. Questa struttura favorisce
l’accesso sequenziale a scapito di quello diretto:
poiché la velocità di lettura dei dati deve essere
costante in ogni punto del disco, la rotazione
del disco deve passare da 500 giri/min (centro)
a 200 giri/min (esterno). Se per i CD musicali
questo non costituisce un problema, nei CDROM questo cambio continuo di velocità provoca quelle pause di lettura e rumori che tutti
conosciamo molto bene.
I CD sono ora prodotti in grandi quantità usando una pressa idraulica nella quale sono posti i
granuli di policarbonato, fusi direttamente negli
stampi e raffreddati. Si ottiene così la parte bianca del disco. Dopo la deposizione dello strato
metallico, il disco è essiccato con luce ultravioletta e passato alla pressa dove uno stampo
(negativo di un originale in vetro inciso con
un laser ad alta potenza) lascia impressa una
immagine positiva sul disco. Un piccolo cerchio
di vernice viene depositato intorno al foro centrale e distribuito uniformemente sulla superficie
mediante rotazione veloce. A questo punto il CD
è pronto per essere etichettato e confezionato.
Nei CD registrabili (CD-R) il disco bianco viene
ricoperto da uno strato di colorante fotosensibile, metallizzato e verniciato. Il laser del masterizzatore scrive i dati praticamente cuocendo il
colorante in modo che un normale lettore possa
leggerli come se si trattasse di un CD stampato. Nei CD riscrivibili (CD-RW), si usa una lega
metallica al posto del colorante. In questo caso
il laser che scrive scalda ed altera le proprietà
della lega (da amorfa a cristallina), modificandone la riflettanza. Dato che un CD-RW, a differenza degli altri tipi, non presenta variazioni di
riflettanza molto intense, non è detto che tutti i
lettori riescano a leggerlo (sic!).
Flexplay/SpectraDisc
I DVD (Digital Versatile Disc) sono abbastanza simili ai CD per quanto riguarda i materiali.
Fanno eccezione i Flexplay e gli SpectraDisc,
particolarmente caldeggiati dalla Disney Buena
Vista (molto sensibile alla pirateria cinematografica) per il noleggio domestico. L’idea era quella
di produrre un DVD che potesse essere visionato
per un periodo limitato (48 ore al massimo) per
poi distruggersi senza dover essere restituito al
noleggiatore. I dischi sono venduti in contenitori
sigillati sotto vuoto. Quando l’involucro viene
aperto, un colorante trasparente, mescolato al
policarbonato del disco, reagisce con l’ossigeno
diventando nero nel giro di 48 ore, rendendo così
impossibile una visione ulteriore del film. Inoltre,
dopo un solo anno di conservazione nel suo involucro integro, il DVD è da buttare comunque.
Prima
Dopo
Oltre al problema dello smaltimento di quantità
ingenti di policarbonato, è sorta di recente anche
un’altra grossa difficoltà: i coloranti ossidati dei
dischi esauriti assorbono alla lunghezza d’onda
dei comuni laser a diodo (rosso, 650 nm), ma
sono trasparenti per la nuova generazione di laser
(blu ray, 450-460 nm). Mentre i produttori degli
SpectraDisc hanno deciso di ignorare il problema,
quelli dei Flexplay hanno semplicemente aggiunto
uno strato colorato filtrante che blocca i laser blu,
sia che il disco sia stato letto oppure no. Usciti sul
mercato nel 2003, questi DVD sono stati rifiutati
in blocco dai consumatori, soprattutto a causa del
pessimo impatto ambientale.
13
Il futuro
“La Victor Co. vende ancora prodotti nella terra
di uomini che aspettano solo che i nostri brevetti
siano rifiutati o scaduti. La questione dei profitti
sembra non avere alcuna importanza, ma come
chi scommette in Borsa, sono sempre – o almeno
finché ci riescono – felici di fare affari in perdita.
Una misteriosa stregoneria si impossessa di coloro
che sono iniziati al fanatico ambiente delle macchine parlanti”. Eldridge Johnson (1909, dopo aver
vinto una causa di fronte alla Corte Suprema).
Bibliografia
1
2
3
4
5
Ai nostri occhi si spalancano oggi scenari da fantascienza, tuttavia fa pensare il fatto che i principi
di quasi tutte le tecnologie moderne fossero già
presenti nei brevetti di più di cento anni fa: il primo
giradischi stereo è stato brevettato nel 1898; il
metodo di sputtering di metalli su superfici non
conduttive (alla base della fabbricazione dei CD)
risale al 1884; la prima immagine registrata su
disco è stata spedita per posta nel 1905 e dischi
commestibili in cioccolato erano una leccornia già
nel 1903.
Esistono ancora tecnologie dormienti nascoste nei
milioni di brevetti depositati a tutt’oggi?
Una regola sembra comunque dominare: piccolo è
bello, nano è meraviglioso (e di moda).
Schoenherr S, Recording Technology History.
http://history.acusd.edu/gen/recording/notes.
html
Polo E. Sogni di celluloide: i polimeri al cinema,
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web.archive.org/web/20040603152849 www.tvhandbook.com/History/History_recording.htm
www.research.philips.com/newscenter/dossier/optrec/
index.html
www.sony.net/Fun/SH/1-20/h5.html
14
Polymers Abroad
L’articolo che segue è frutto dell’accordo tra l’AIM e l’ABPol (Associazione Brasiliana dei Polimeri),
accordo stilato all’inizio dello scorso anno e del quale abbiamo parlato ampiamente in un articolo di
un precedente AIM Magazine. Esso prevede, oltre a divulgazione di notizie relative al settore macromolecolare dei rispettivi due paesi, uno scambio di articoli una volta all’anno. Questo è il secondo anno
che si effettua questa operazione.
Questa volta la loro scelta è andata all’Articolo “Il Gecko e i capelli di Sansone” di Anna Crestana
– pubblicato sull’ultimo numero del 2004 del nostro Magazine – che uscirà, tradotto in portoghese,
nell’edizione del Magazine brasiliano del prossimo ottobre in occasione del Congresso Biennale della
ABPol.
La scelta dell’articolo qui sotto riportato, è stata fatta tra cinque inviateci dal Comitato di Redazione
della Rivista della ABPol “Polímeros: Ciência e Tecnologia”, ed è dovuta al fatto che il lavoro presentato
è un connubio tra scienza dei polimeri e salute, connubio già spesso valorizzato nei nostri articoli. Si
trattava quindi di un articolo in sintonia con la nostra linea editoriale.
Inoltre, sia pur casualmente, questo articolo si allaccia strettamente all’articolo sulla Elettrofilatura
presentato in questo numero ed è un valido esempio di applicazione pratica di questi tipi di nanofilamenti.
Il Comitato Editoriale
Membrane di acido poli
(lattico-co-glicolico) per la cura della
pelle: degradazione in vitro e in vivo
Camila A. Rezende1, Carolina Luchesi2, Maria de Lourdes P. Barbo2, Eliana A.R. Duek2
Traduzione dal testo originale portoghese di Roberto Filippini Fantoni
Poly (lactide-co-glycolide) membranes as skin repair: in vitro and in vivo degradation
Abstract: Poly (lactide-co-glycolide) is a polymer with bioabsorption and biodegradation properties. The
physical and chemical properties of this polymer have been studied in order to modulate its susceptibility
to degradation and its interaction with cells and biological fluids, aiming at medical and dental applications. In this work, membranes of poly (lactide-co-glycolide) with and without plasticizer were prepared
by solvent evaporation and characterized by in vitro and in vivo experiments. In vitro studies showed
that the glass transition temperature decreased due to the addition of plasticizer and, consequently, their
flexibility increased. During degradation, crystalline areas and porous appear. In vivo studies showed
that the polymer degraded rapidly without causing inflammation and protected areas that were exposed
to external agents. Furthermore, membranes improved wound healing time, indicating that they can be
potentially used in skin repair. Keywords: Poly (lactide-co-glycolide), in vivo degradation, in vitro degradation, cicatrisation, membrane.
Keywords: Poly(lactide-co-glicolide), in vivo degradation, in vitro degradation, cicatrisation, membrane
Istituto de Quimica, UNICAMP;
Centro de Ciências Médicas e Biológicas, PUC-SP.
1
2
15
zione del PLGA in vivo 11. Nakamura e collaboratori
mostrarono che non si osserva la comparsa di tumori dopo l’impianto e sino alla completa scomparsa
del copolimero impiantato 12.
Sono state impiegate molte tecniche per la preparazione delle membrane porose di polimeri bioassorbibili: evaporazione di solvente utilizzando
sale con granulometria controllata 13, inversione
di fase 14 e gorgogliamento di gas 15. Luciano e
collaboratori dimostrarono che l’addizione di un
plastificante a una matrice di acido polilattico
produce membrane porose e bio-assorbibili con
pori interconnessi di grandezza controllata e con
buone proprietà meccaniche per un utilizzo come
supporto alla cultura di cellule 16-18.
Oltre che come supporto per cellule il PLGA è
stato anche studiato per l’applicazione in sistemi
per il rilascio controllato di droghe nell’organismo.
In questo caso gli agenti terapeutici vengono formulati dentro microsfere o dischi di copolimero e
il rilascio della droga dipenderà dalla degradazione
del polimero e dalla diffusione della stessa 19-20.
Ferite della pelle, risultanti da ustioni e da malattie
congenite o acquisite, risultano abbastanza pericolose per i pazienti, particolarmente nei casi in cui
l’area compromessa sia estesa, una volta che la
ferita è soggetta a invasioni di batteri e a perdita di
fluidi corporei. In queste condizioni la ricopertura
rapida ed efficace della ferita è essenziale per il
trattamento della malattia21. Per molti anni il trattamento convenzionale di questi tipi di problemi è
stato il trapianto della pelle. Oltretutto, tale procedimento è difficile, o persino impossibile, nei casi in
cui l’area della ferita sia molto grande, per esempio
nelle ustioni assai estese; ciò è dovuto alla mancanza di donatori, al rigetto del materiale impiantato,
al tempo necessario per la completa cicatrizzazione e ai rischi coinvolti. Queste difficoltà rendono
necessari studi che coinvolgano materiali alternativi
per la protezione e la cicatrizzazione delle ulcere
della pelle e che siano flessibili, atossici e capaci
di aderire adeguatamente all’area compromessa,
facendo diminuire la perdita di fluidi ed elettroliti,
proteggendola contro la proliferazione di microbi e
promovendo la cicatrizzazione della ferita 21.
In questo lavoro sono state preparate membrane
di acido poli(lattico-co-glicolico) con e senza plastificante e le loro proprietà sono state studiate con
l’obiettivo di valutare la loro potenziale applicazione come curativi per le ulcerazioni della pelle.
Introduzione
I primi utilizzi di polimeri in vivo furono nelle
applicazioni in cui il materiale si manteneva inerte durante il tempo dell’impianto e si dovevano
evitare o minimizzare indesiderate interazioni.
Nonostante la prevenzione delle risposte indesiderate sia ancora importante per molte applicazioni, sono stati sviluppati nuovi polimeri capaci di
interagire con le cellule per promuove crescita e
differenziazioni 1.
Nella classe dei poli(α-idrossiacidi) si incontrano
molti esempi di polimeri bio-assorbibili che, dopo
essere stati impiantati nell’organismo per una
determinata finalità, dallo stesso vengono assorbiti. Esempi di tali polimeri sono l’acido poli(L-lattico) (PLLA), l’acido poliglicolico (PGA), il poli(pdioxanone) (PDD), il poli(idrossibutirrato) (PHB),
il poli(idrossivalerato) (PHV) e i loro copolimeri.
L’acido poli(L-lattico) degrada lentamente generando unità cristalline che possono causare una
risposta lunga e prolungata da parte del tessuto.
D’altro canto, l’acido poliglicolico degrada tanto
rapidamente che risulta inutilizzabile nella maggior
parte delle applicazioni. Il grande vantaggio dell’utilizzazione del copolimero costituito dalle unità
monomeriche di due polimeri è quello di poter
variare la proporzione tra di loro e ottimizzare il
tempo di degradazione del materiale per determinate applicazioni 2.
Il processo di degradazione del polimero che costituisce l’impianto varia con la sua massa molecolare, la sua composizione, la storia termica, la struttura cristallina e la quantità di polimero applicata.
Pertanto è importante studiare queste proprietà in
quanto esse determinano il tipo e l’intensità della
risposta infiammatoria del tessuto 2-4.
Membrane dense e porose di polimeri assorbibili
vengono ottenute con l’intento che possano servire
come substrato che consenta a cellule isolate di
fissarsi e crescere fino a formare il tessuto. Questo
supporto può agire tanto come appoggio fisico
quanto come substrato di adesione per le cellule
isolate durante la cultura in vitro o susseguente
impianto per promuovere la rigenerazione naturale
dei tessuti, specialmente ossa e cartilagini. Per questo tipo di applicazione è necessaria una matrice
tridimensionale, meccanicamente stabile e con pori
interconnessi affinché le cellule possano crescere su
tutta la struttura. Man mano che le cellule crescono
e si organizzano il polimero degrada ed è assorbito
dall’organismo, portando a una naturale sostituzione del tessuto 5-11. L’acido poli(lattico-co-glicolico),
PLGA, è abbastanza idoneo per essere applicato
come supporto per le cellule 10. Uno studio realizzato
da Peter e collaboratori ha mostrato che non avviene
la demineralizzazione dell’osso durante la degrada-
Parte sperimentale
Preparazione delle membrane
Sono state preparate membrane, con e senza plastificante, di dimensioni di 6 cm x 2 cm x 0.5 cm,
16
SCD 050) campioni di superfici di membrane e di
fratture (ottenuti in azoto liquido) e poi analizzati
con un microscopio elettronico a scansione (JOL
JXA 860) che lavorava a 10 kV.
Difrattometria di raggi X: le analisi sono state eseguite con angoli tra 0° e 50° con un rifrattometro
a raggi X Shimadzu XD3A con fonte di radiazioni
a CuKα. Si è utilizzato un voltaggio di 30 kV e una
corrente di 20 mA.
utilizzando la tecnica dell’evaporazione del solvente. Il polimero utilizzato per la preparazione delle
membrane è stato l’acido poli(lattico-co-glicolico)
(50:50, MM 81700 g moli-1) (PURAC - Groeningen
- Olanda).
1) Membrane senza plastificante
Sono state preparate soluzioni polimeriche contenenti polimero a concentrazioni di 5 e 10%
m/V dissolvendo rispettivamente 0.3 e 0.6 g de
PLGA in 5.7 e 5.4 ml di cloroformio (Merk KgaA,
Darmstadt, Germania). Dopo la completa dissoluzione del polimero, via agitazione, le soluzioni sono
state deposte su una placca di vetro e collocate in
una vaschetta saturata con i vapori del solvente.
Dopo un’evaporazione del solvente durata 24 ore,
le membrane sono state essiccate sotto vuoto per
8 ore e mantenute in questa condizione fino alla
loro caratterizzazione.
2) Membrane con plastificante
Queste membrane sono state preparate esattamente come le precedenti, salvo l’addizione
del plastificante trietilcitrato sodico (ALDRICH,
Milwaukee, USA) durante la dissoluzione sotto
agitazione.
In totale sono stati preparati cinque tipi di membrane: PLGA 5% (5% di polimero); PLGA 5% 1p
(5% di polimero e 1% di plastificante); PLGA 10%
(10% di polimero); PLGA 10% 3p (10% di polimero e 3% di plastificante) e PLGA 10% 5p (10% di
polimero e 5% di plasticante).
Degradazione e caratterizzazione in vivo
Sono stati impiantati due tipi di membrane (10%
3p e 10% 5p). Lo studio ha coinvolto 24 topi Wistar
di ambo i sessi aventi un’età di circa 3 mesi e 0.4
kg di peso. I topi furono divisi in tre gruppi di 8
ciascuno. La membrana 10%5p è stata implantata
nel primo gruppo e la 10% 3p nel secondo. Nel
terzo gruppo la ferita non è stata ricoperta. La pelle
normale, ritirata durante l’intervento chirurgico, è
stata conservata sotto formaldeide ed è servita
come comparazione. Durante il periodo di studio i
topi hanno ricevuto razioni commerciali, acqua ad
libitum, nonché anestetici durante la chirurgia. La
pelle e il sottocutaneo sono stati seccati, rimossi
sino al livello della fascia e le risultanti ferite sono
state ricoperte con pezzi di membrane polimeriche
(2 cm x 2 cm x 0.5 cm). Gli impianti furono rimossi dopo 1, 3, 5, 7, 10, 21 e 30 giorni, disidratati
e processati attraverso l’inclusione in paraffina. I
campioni sono stati colorati con ematossilina ed
eosina (HE) ed esaminati per mezzo di un microscopio ottico NIKON Eclipse E800.
Degradazione e caratterizzazione in vitro
Le membrane sono state immerse in un tampone
fosfato (pH = 7), dentro provette chiuse, mantenute alla temperatura di 37°C e sono state ritirate
dopo 15, 30, 60 e 120 giorni. Alla fine di ciascun
periodo le membrane furono rimosse dalla soluzione tampone, lavate e mantenute in acqua distillata
per 1 ora allo scopo di rimuovere la massima
quantità possibile di soluzione tampone. Prima
e dopo la degradazione le membrane sono state
caratterizzate attraverso la tecnica che descriviamo di seguito.
Calorimetria differenziale a scansione (DSC): riscaldamento tra 25 e 200°C seguito da una isoterma
di 5 minuti. Successivamente i campioni sono
stati raffreddati a – 20°C, mantenuti in isoterma
per altri 5 minuti e riscaldati nuovamente a 200°C.
Tanto il riscaldamento quanto il raffreddamento
sono stati realizzati con scansioni di 10°C min-1 e
l’apparecchiatura utilizzata è stata un DSC 2920
- Modulated DSC (TA Instruments).
Microscopia elettronica a scansione (MEV): sono
stati metallizzati con oro (Sputter Coater BALTEC
Risultati e discussione
Degradazione in vitro
Per le membrane di PLGA i valori della temperatura di transizione vetrosa (Tg) furono ottenuti, prima e dopo la degradazione, per mezzo
della calorimetria differenziale a scansione (DSC)
(curve del secondo riscaldamento). Osservando i
valori della Tg nella Tab. 1 è possibile verificare
che le membrane con il plastificante presentano
valori di Tg sempre minori rispetto a quelli delle
membrane di pari concentrazione e alle quali il
plastificante non era stato addizionato. Per ora
questo effetto è osservato in modo predominante
prima dell’inizio del processo di degradazione o
all’inizio del processo (15 giorni). Con 30 e 60
giorni di degradazione i valori di Tg, tanto per
le membrane con plastificante quanto per quelle
che non lo contengono, diventano molto simili.
Un altro comportamento che si può notare è la
diminuzione dei valori delle Tg delle membrane
senza plastificante man mano che avanza il tempo
di degradazione, il che può essere spiegato dalla
17
diminuzione della massa molecolare che avviene
nel corso della degradazione e dovuta alla rottura
delle catene polimeriche. Per le membrane con
plastificante in pratica non si notano variazioni
nei valori di Tg nel corso della degradazione. Ciò
probabilmente accade a causa dell’azione di due
effetti di azione contraria: l’uscita del plastificante
che diffonde verso la soluzione, provocando un
aumento della Tg, e la perdita di massa molecolare del polimero, in conseguenza del processo di
degradazione, che porta a diminuire la Tg.
Prima della degradazione e negli stadi iniziali della
stessa (fino a 30 giorni) nel termogramma appaiono solo le temperature di transizione vetrosa, a
temperature comprese approssimativamente tra
20°C e 40°C, indicando che il polimero è amorfo
(Fig. 1a-e).
Con 60 giorni di degradazione, nei campioni con
concentrazioni di polimero del 10%, c’è la comparsa di un discreto picco endotermico intorno ai
150°C, il che è indicativo del fatto che sta avvenendo una cristallizzazione del polimero durante
il processo di degradazione. Li e collaboratori
osservarono un comportamento simile studiando
la degradazione in vitro dell’acido poli(D,L-lattico)
a pH 3.4 e 7.4 e temperature di 37°C e 60°C.
Inizialmente il polimero presenta un comportamento tipicamente amorfo e, man mano che il
processo di degradazione avanza appaiono picchi endotermici nella curva del DSC e picchi nel
difrattogramma che si riferiscono a formazioni di
regioni cristalline 22. La cristallinità contribuisce ad
aumentare il tempo di degradazione delle membrane facendo sì che esse restino impiantate per
più tempo.
In Figura 2 sono riportati i diffrattogrammi ai raggi
X della membrana PLGA 10%5p prima e dopo 60
e 120 giorni di degradazione. Per la membrana
prima della degradazione si può osservare una
banda larga con intensità massima attorno ai 20°
(curva c). Questo identico comportamento è stato
osservato in tutte le membrane non degradate,
indipendentemente dalla concentrazione di poli-
Figura 1: Temperature di transizione vetrosa (Tg) (°C) per
le membrane di PLGA in funzione del tempo di degradazione, ottenute via DSC (2°C/min di scansione).
(a) 10% non degradata (b) 10% - 15 giorni (c) 10% 3p
- 15 giorni (d) 10% - 30 giorni (e) 10% 5p - 30 giorni (f)
10% - 60 giorni (g) 10% 3p - 60 giorni.
mero o dalla presenza di plastificante e indica che
il copolimero è amorfo.
Dopo 60 giorni di degradazione si ha la formazione di aree cristalline e la comparsa di alcuni ben
definiti picchi nella membrana 10% 5p (curva b),
che diventano più pronunciati dopo 120 giorni
di degradazione (curva a). Si è anche osservata
la comparsa di picchi nel diffrattogramma delle
membrane 10% e 10% 3p dopo 60 e 120 giorni
di degradazione. Questi risultati confermano lo
stesso comportamento già osservato a partire dall’analisi termica: la formazione di aree cristalline
man mano avanza il processo di degradazione.
In Figura 3 si trovano micrografie delle frattura
delle membrane in funzione del tempo di degradazione. La membrana 5% (che si vede in Fig. 3a)
presenta una morfologia densa prima della degradazione. Le membrane, per tutte le concentrazioni
Tabella 1: Temperature di transizione vetrosa (Tg) (°C) per le membrane di PLGA in funzione del tempo di degradazione, ottenute via DSC (2°C/min di scansione)
Membrane di
PLGA
Tempo di degradazione
zero
15 giorni
30 giorni
60 giorni
5%
44
40
26
21
5% 1p
18
26
26
23
10%
46
40
16
***
10% 3p
11
23
14
15
10% 5p
12
18
21
15
***
Non appare nella curva
18
Figura 2: Diffrattogrammi ai raggi X ottenuti sulle membrane di PLGA; (a) 10% 5p - 120 giorni; (b) 10%5p - 60
giorni; (c) 10% 5p prima della degradazione.
di polimero e plastificante, presentarono lo stesso aspetto denso prima della degradazione, pur
essendo alcune di esse più lisce. Dopo 30 giorni
di degradazione la membrana 5% si trova a uno
stadio di degradazione abbastanza avanzato (Fig.
3b) e la sua superficie ha un aspetto ben differente
rispetto a quello della sua superficie di frattura,
così come accade per tutte le altre membrane.
Dopo la degradazione le membrane presentano
fratture abbastanza caratteristiche, con solchi, pori
e una apparenza fragmentata (Figg. 3c-f).
In un lavoro precedente, realizzato da questo
gruppo di ricerca, si mostrò che l’aggiunta del
plastificante sodio trietilcitrato alle membrane di
acido polilattico (PLA) dava origine a una morfologia con fori interconnessi. Gli studi in vivo
realizzati con questo materiale mostrarono che,
in conseguenza della loro porosità, era avvenuta
un’interazione intima tra il tessuto in crescita e
tali membrane 16. Così, in questo lavoro con le
membrane PLGA, è stato egualmente addizionato
il plastificante al polimero con l’intento di ottenere
una morfologia porosa.
Nel contempo le membrane di PLGA presentano
un comportamento differente rispetto a quelle di
PLA. Indipendentemente dalla presenza del plastificante queste membrane presentano, dopo degradazione, una morfologia porosa (Figg. 3c-f).
Questo risultato è abbastanza positivo giacché
la crescita delle cellule dipende dalla presenza di
pori nel supporto-matrice. La formazione naturale
di pori nelle membrane di PLGA durante la degradazione ci dispensa da procedimenti più elaborati
per il loro ottenimento. Infine, durante lo studio in
vitro fu possibile osservare che le membrane senza
plastificante sono poco flessibili il che è il riflesso
delle maggiori Tg rispetto a quelle con plastificante.
Figura 3: Microfotografie di frattura di membrane di
PLGA, prima e dopo la degradazione: (a) PLGA 5%
prima della degradazione; (b, c, d) PLGA 5% - 30 giorni;
(e) PLGA 5% 1p - 30 giorni; (f) PLGA 10%5p - 30 giorni.
Questo fatto rende difficoltosa la sutura delle stesse
durante l’impianto del materiale nonché un efficace
contatto con la ferita, rendendo la sua funzione protettrice meno efficiente. D’altro canto le membrane
con 5% di polimero sono più sottili e si rompono
durante la sutura contenendo una minor quantità di
materiale. In questo modo sono state selezionate,
per essere impiantate, le membrane 10% 3p e 10%
5p, che sono relativamente più flessibili e più spesse. Oltre a ciò, dato che nelle membrane con concentrazioni del 10% avvengono formazioni di aree
cristalline, tali membrane posseggono un tempo
di degradazione leggermente maggiore rispetto a
quelle con concentrazioni del 5%.
Degradazione in vivo
Nel primo giorno dopo la chirurgia, le ferite senza
membrana (gruppo 3) mostravano una spessa
crosta superficiale, con un infiltrato infiammatorio
acuto e abbondanti neutrofili polimorfonucleari.
D’altro canto, nelle ferite nelle quali era stata
impiantata la membrana non si è osservata la formazione della crosta superficiale. Nel terzo giorno
continuava a non osservarsi la formazione della
crosta sulle ferite ricoperte ma apparivano cellule
19
più precoce e organizzata nelle aree coperte dalla
membrana, mentre nel gruppo 3 la riparazione fu
più irregolare con abbondanti granulomi di corpo
estraneo che contenevano residui di materiali
degradati (Fig. 4d).
Dopo 21 e 30 giorni la riepitelizzazione fu praticamente totale nei tre gruppi, con maggiore ritiro
nelle aree ricoperte dalle membrane rispetto a
quelle di controllo. Negli animali con membrane,
la rimodellazione iniziò precocemente in confronto
a quella del controllo (Fig. 4e) e si registrò una
minor reazione infiammatoria residua (Figg. 4f,
4g). Comparando i gruppi 1 e 2 relativamente
alle alterazioni infiammatorie e di riparazione,
non sono state notate differenze significative tra i
comportamenti di ogni gruppo. In ambo i casi le
cicatrici presentano una significativa diminuzione
del numero di annessi rispetto a quelli della pelle
di comparazione.
Nonostante questo studio in vivo sia un progetto
pilota e coinvolga un numero di casi piccolo (24
casi) fu possibile notare differenze che indicano
che l’uso di queste membrane è promettente nella
protezione delle lesioni cutanee. È importante
considerare che le chirurgie furono di proposito
profonde raggiungendo il fascio, il che rende difficile la cicatrizzazione e impedisce la rigenerazione
degli annessi cutanei. Il ritardo nella formazione
della crosta è relazionato con il mantenimento dell’idratazione locale attraverso l’azione delle membrane. Il processo infiammatorio che si sviluppa
dopo che la pelle è stata lesionata ha mostrato
di avere un’azione più rapida ed efficace nelle
aree protette rispetto a quelle senza protezione.
Nonostante l’impianto di polimeri sviluppi da parte
sua una risposta infiammatoria locale 13, non sono
state registrate alterazioni che suggerissero una
reazione infiammatoria secondaria. Oltre a ciò le
membrane hanno propiziato un’azione di protezione contro agenti estranei e traumi.
Figura 4: (a) Pelle di topo senza membrana impiantata
(gruppo 3) dopo 3 giorni; (b) Pelle di topo con impianto
della membrana 10% 5p (gruppo 1) dopo 5 giorni; (c)
Pelle di topo senza membrana impiantata dopo 5 giorni; (d) Pelle di topo senza membrana impiantata dopo
10 giorni; (e) Pelle di topo con impianto di membrana
10% 3p dopo 21 giorni; (f) Pelle di topo con impianto
di membrana 10% 5p dopo 30 giorni; (g) Pelle di topo
senza membrana impiantata dopo 30 giorni; (h) Pelle di
topo normale che mostra le appendici cutanee. Barra =
100 µm
Conclusioni
I risultati dello studio in vitro hanno mostrato
che la Tg delle membrane di PLGA diminuisce in
conseguenza dell’addizione del plastificante e del
tempo di degradazione. Analisi con DSC e con
difrattometria ai raggi X hanno dimostrato che
con l’avanzare della degradazione c’è la comparsa di regioni cristalline nelle membrane di PLGA
che, inizialmente, erano amorfe. La cristallinità
contribuisce a una maggiore permanenza della
membrana impiantata. Oltre a ciò, durante la
degradazione si è osservata la formazione di pori
il che favorisce una maggiore interazione tessutomatrice.
mononucleari e fibroplasti con scarsi ascessi sul
bordo della ferita. Nel gruppo 3, dove non erano
state impiantate membrane, c’era ancora infiltrato infiammatorio acuto con piociti, fibrina, resti
necrotici e estesa necrosi che raggiungeva la profondità della lesione (Fig. 4a).
Al 5° giorno la pelle con l’impianto mostrava un
tessuto con aspetto riparante, con organizzazione
delle fibre di collagene e scarsi granulomi di corpo
estraneo (Fig. 4b). Nel gruppo di controllo la crosta rimaneva e il processo infiammatorio aveva
caratteristiche miste, con piociti e inizio di formazione di tessuto di granulazione (Fig. 4c). Nei
successivi periodi si è evidenziata una riparazione
20
Lo studio in vivo ha mostrato che le membrane
hanno contribuito al mantenimento dell’idratazione locale e hanno portato a un processo
infiammatorio più rapido rispetto al riferimento.
In maniera generale, le membrane offrono buone
prospettive nella protezione di traumi di piccola
e media intensità nelle bruciature superficiali e
ulcere cutanee croniche di difficile trattamento,
come quelle che avvengono nei membri inferiori
in conseguenza di diabete, ipertensione e insufficienza vascolare. Oltre a ciò, l’uso di queste
membrane per la ricopertura di grandi superfici
può migliorare la prognosi dei pazienti, dando
protezione nella fase acuta e propiziando migliori
condizioni cliniche in caso di successivi trapianti
di pelle.
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8
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11
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13
Ringraziamenti
Gli autori ringraziano la Fapesp per il supporto
finanziario (contratto 99/01381-9).
14
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16
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PMI
Il
poliuretano: un materiale versatile
in continua evoluzione
di Eduardo Ruggiero
L
a società TECNOPUR srl è un’impresa specializzata nella progettazione, realizzazione
e applicazione in poliuretano espanso nel
settore dell’impermeabilizzazione, dell’isolamento
termo-acustico e della bonifica delle coperture in
Cemento Amianto nell’edilizia civile ed industriale.
Il poliuretano è un materiale versatile, in grado
di soddisfare i requisiti prestazionali richiesti ad
un manto impermeabilizzante: sollecitazioni meccaniche, resistenza all’UV, resistenza agli agenti
inquinanti atmosferici, elevata durabilità, facilità
di messa in opera.
La politica aziendale della Tecnopur è rivolta alla
piena soddisfazione delle esigenze e delle aspettative del Cliente; in quest’ottica la società Tecnopur
ha provveduto a qualificare i processi di applicazione secondo la norma UNI EN ISO 9001:2000.
Essendo costituita da personale giovane e dinamico e volendo offrire alla sua clientela prodotti
sempre più innovativi e tecnologici la Tecnopur si
interfaccia con i maggiori produttori di poliuretano
(Bayer, Duna, Tagos) per testare e migliorare i
prodotti già presenti in commercio proponendo
innovazioni di prodotto e di processo al fine di
estendere i settori di applicazione del poliuretano.
Il forte impegno della Tecnopur nella ricerca le
ha permesso di utilizzare prodotti come il Puretan
1000, le cui materie prime sono prodotte dalla
Bayer (appartenente alla più recente generazione
della famiglia dei poliuretani), in settori diversi dal
settore dell’impermeabilizzazione e del coating
superficiale di strutture in calcestruzzo per i quali
è stato inizialmente formulato e più precisamente
nella realizzazione di manufatti prodotti da stampo
aperto (Fig. 1).
Lo sviluppo di materiali compositi a matrice poliuretanica per applicazioni specifiche nel settore
della nautica ha comportato studi e sperimentazioni sia in laboratorio che in cantiere. L’idea
Figura 1: Impiego del Puretan 1000 nella realizzazione di
manufatti prodotti da stampo aperto.
di impiegare il Puretan 1000 nel campo nautico
è scaturita dalla passione della Tecnopur per il
mare e soprattutto dalla necessità di migliorare e
controllare il processo di produzione dei compositi
tradizionalmente utilizzati al fine di ottenere una
maggiore riproducibilità ed affidabilità nel prodotto
finale. I materiali compositi a matrice poliuretanica in particolare consentono di abbattere i costi
di manutenzione e di riparazione, di ottimizzare il
processo di produzione con un maggior controllo
della qualità di prodotto e di minimizzare l’impatto
ambientale del processo attraverso l’eliminazione
di qualsiasi sorgente di composti volatili organici
potenzialmente cancerogeni. Inoltre i materiali
compositi realizzati hanno evidenziato eccellenti qualità di resistenza alla corrosione chimica,
batteriologica, resistenza termica nel campo di
temperature da –20°C a 100°C, ottima adesione a
diversi substrati e facile processabilità.
Sempre attenta al rispetto dell’ambiente non appena le recenti normative tecniche europee hanno
limitato fortemente l’utilizzo dello stirene come
22
monomero libero nelle resine poliestere per la sua
cancerogenicità, la Tecnopur in collaborazione
con l’Istituto per i Materiali Compositi e Biomedici
del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Napoli
ha studiato e testato materiali compositi a matrice
poliuretanica a basso impatto ambientale a base
di Puretan 1000, che oltre ad avere dalla sua più
flessibilità e velocità di applicazione non comporta
la formazione di sostanze volatili potenzialmente
inquinanti. Diverse metodologie di applicazione quali Structural Reaction injection Moulding
(SRIM) e Composite Spray Moulding (CSM) sono
state testate e possono essere facilmente adoperate per la realizzazione di materiali fibrorinforzati a
matrice poliuretanica. Queste tecnologie permettono di abbattere notevolmente i costi rispetto ai
tradizionali processi di fabbricazione dei materiali
compositi a matrice poliestere o epossidica.
Durante la ricerca per migliorare le resistenze meccaniche sono stati preparati compositi con rinforzi
in fibre di carbonio e vetro con la prospettiva di
utilizzare fasi di processo automatizzate per la realizzazione di compositi a matrice poliuretanica.
L’utilizzo del Puretan 1000 inoltre permette di preservare le strutture per decenni. I campi di applicazione finora individuati dalla Tecnopur srl sono:
Figura 2: Incapsulamento dell’amianto mediante l’applicazione in loco di uno strato di poliuretano espanso.
sibilizzare il largo pubblico di tecnici e di imprese
soprattutto sul problema “Amianto”.
Da un punto di vista ecologico per la salvaguardia dell’ambiente e degli operatori, la rimozione
dell’amianto nonché il trasporto presso discariche
speciali, risulta essere molto rischioso, ciò non si
verifica se la bonifica viene effettuata con l’incapsulamento di tale materiale mediante l’applicazione in loco di uno strato di poliuretano espanso
(vedi Fig. 2).
Tale tecnica grazie all’utilizzo di macchinari ad
airless e al fatto che non occorre trattare preventivamente la superficie da trattare, senza interagire con le attività lavorative (Sistema certificato
dall’Università degli Studi di Napoli “Federico II”),
mette in evidenza i vantaggi che offre la tecnologia termoimpermeabile in poliuretano espanso
(Puretan) che si traducono in una gestione più
razionale dei consumi di energia con minore
impatto ambientale e maggiore benessere abitativo e che trovano applicazione nella finanziaria
2007, dove per le spese documentate, sostenute
entro il 31.12.2007, sono stati introdotti incentivi
per gli interventi che comportino risparmio energetico in edilizia con il 55% di sgravio.
• edilizia: protezione calcestruzzo, serbatoi in
acciaio, piscine, ecc.;
• industria: pavimentazioni, protezioni strutture
metalliche;
• fognature: rivestimento di tubi, pozzetti, depuratori;
• nautica: piattaforme offshore, protezione strutture da diporto, e parti metalliche su navi,
costruzione di componenti prodotti da stampi.
L’impegno della Tecnopur per la preservazione dell’ambiente è di svolgere tutte le attività in
modo ecologico secondo un Sistema di Gestione
Ambientale a norma UNI EN ISO 14001, a mezzo
di incontri e seminari nazionali in collaborazione
con Enti pubblici e privati e associazioni per sen-
23
Dal Mondo della Tecnologia
La domanda di energia è destinata a crescere fino a raddoppiare nell’arco di pochi decenni e allo stato
attuale delle conoscenze e della tecnologia nessuna delle fonti energetiche alternative ha la capacità
di sostituire integralmente i combustibili fossili.
L’urgenza di un cambiamento di rotta si fa sempre più pressante, anche perché la crisi che si prospetta
è contornata da imponderabili fattori di incertezza: saremo costretti a rallentare il flusso del petrolio
perché costerà troppo caro e perché il controllo dei paesi del Medio Oriente, dove è concentrata la
gran parte delle riserve strategiche, del Golfo di Guinea e dell’Asia Centrale si farà ancora più precario? Oppure, sotto la spinta dei mutamenti climatici forse innescati dal consumo smodato dei combustibili fossili (la correlazione non è certa ma, nel dubbio, ci si può permettere di rischiare?) dovremo
prendere atto che i costi ambientali, sociali, sanitari ed economici saranno diventatati insostenibili?
E, soprattutto, quanti anni abbiamo ancora a disposizione prima che il costo del ritardo diventi drammatico?
Pertanto occorre compiere già da adesso degli sforzi concreti per risparmiare energia da un lato e per
promuovere lo sviluppo di fonti rinnovabili e pulite dall’altro, e questi sforzi non possono che partire
dalla ricerca.
La prossima edizione della Europolymer Conference (Gargnano 1-5 giugno 2008, vedi pag. ) verte
appunto sul contributo che la scienza e la tecnologia delle macromolecole possono dare allo sviluppo
di questi settori. In particolare, le tematiche affrontate riguarderanno tre aree: le celle fotovoltaiche
organiche, l’idrogeno e le celle a combustibile, i sistemi di accumulo di energia (batterie e supercapacitori).
Comitato di Redazione
Le
celle fotovoltaiche
organiche e polimeriche:
Parte Prima - principi e meccanismo di funzionamento
di Riccardo Po1, Roberto Fusco1, Laura Meda1, Francesca Ferrazza2
luppo economico di paesi popolosi come Cina, India,
Brasile), è evidente che occorre porsi seriamente il
problema di come l’umanità potrà continuare a soddisfare il proprio fabbisogno energetico in un futuro
più o meno lontano. Inoltre, si tenga presente che le
fonti fossili, oltre a essere non-rinnovabili, generano
quantità di anidride carbonica, che ormai anche gli
analisti più ottimisti riconoscono essere una minaccia reale per l’ecosistema planetario. Infine, non è
secondario il fatto che le riserve di petrolio e gas
naturale sono prevalentemente localizzate in aree
del globo politicamente e socialmente turbolente. In
Introduzione
Fino dagli albori della storia dell’uomo, che con la
scoperta del fuoco fu in grado di riscaldarsi, cuocere
il cibo, iniziare a forgiare strumenti e farsi guerra l’un
l’altro più efficacemente, la sete di energia dell’umanità è andata costantemente crescendo, parallelamente con la crescita degli standard di vita. Il legno
da principio, poi il carbone e quindi il petrolio e il gas
naturale sono state le fonti usate per spengere questa sete. Con una popolazione mondiale attuale di 6
miliardi di persone e una previsione di 8-10 miliardi
per la metà di questo secolo (e con il rapidissimo svi-
Eni SpA, Divisione R&M - Centro Ricerche di Novara, Istituto Donegani - Via Fauser 4 - 28100 Novara
Eni SpA, Direzione Strategie e Sviluppo - Piazzale Mattei 1 - 00144 Roma
1
2
24
Tabella 1: Confronto tra fonti energetiche
Energia
mondiale
Costo al kWh
Costo impianti
Gas serra, polveri,
ossidi azoto, …
Scorie
Petrolio
35%
8-11 c€
Medio
Si
Si
Carbone
24%
4 c€
Medio
Si
Si
Gas naturale
21%
6-7 c€
Medio
Si
No
Biomasse (inc. legna)
11%
7 c€
Medio
Si
Si
Nucleare
6%
4-5 c€
Alto
No
Si
Idroelettrico
2%
2 c€
Alto
No
No
Eolico
<1%
8-12 c€
Medio
No
No
Fotovoltaico
<1%
35-45 c€
Alto
No
No
Geotermico
<1%
2 c€
Alto
Si
No
* adattato da rif. 2
base a quelle che sono le attuali conoscenze tecnico-scientifiche, le uniche alternative alle fonti fossili
sono l’energia nucleare e le fonti rinnovabili; proprio
queste ultime possono, se non risolvere totalmente
i problemi citati, quantomeno riuscire a mitigarli in
modo significativo.
Tra le fonti rinnovabili l’energia solare risulta essere
particolarmente attraente. Il sole riversa sulla terra
120.000 TW di radiazioni elettromagnetiche, in
forma gratuita, abbondante, non inquinante e, sulla
scala dei nostri tempi, inesauribile. Per produrre
10 TW di energia elettrica dal sole occorrerebbe
raccogliere e convertire, col 10% di efficienza,
l’energia solare che cade sullo 0,08% dell’intera
superficie terrestre. Paesi come il nostro, godono
di una posizione geografica privilegiata per lo sfruttamento di questa energia; si consideri comunque
che altri Paesi molto più sfavoriti dell’Italia stanno
già investendo nell’energia fotovoltaica da lungo
tempo, prima tra tutti la Germania (dove si produce l’88% dell’energia solare europea). Qui l’energia
fotovoltaica cresce di 140 MW ogni 12 mesi; in
Italia la crescita è di appena 4 MW, nonostante da
noi il tasso di insolazione sia superiore del 56%. Se
si calcola che il consumo medio di una famiglia è di
3000 kWh/anno, con il fotovoltaico si arriverebbe a
coprirne facilmente tra 1100 (al Nord) e 1600 (al
Sud). L’intero fabbisogno energetico italiano sarebbe teoricamente coperto dal destinare l’1,5% del
territorio ai pannelli solari, cioè non più di 4-5000
chilometri quadrati, opportunamente individuabili in
aree abbandonate o già destinate ad usi industriali,
civili o commerciali. Tuttavia la natura intermittente di questa fonte energetica esclude di poter fare
affidamento solo su di essa. Il fotovoltaico potrebbe comunque rappresentare un valido contributo,
anche se solo parziale, al fabbisogno nazionale;
e si consideri poi che la forza di questa energia è
nell’utilizzo diffuso: molti punti di generazione distri-
buiti in prossimità dei siti di utilizzo (che al limite
possono essere le singole abitazioni civili).
Una tale risorsa andrebbe catturata e trasformata con
diverse tecnologie, alcune già disponibili altre in via
di studio. La causa della scarsa diffusione del fotovoltaico risiede negli alti costi dei materiali. Sebbene
in oltre 50 anni di studi e costanti perfezionamenti si
sia riusciti a ridurre in maniera consistente il prezzo
delle celle al silicio, il costo al kWh dell’energia prodotta per questa via resta molto elevato (Tab. 1) e
quindi questa tecnologia copre di fatto solo una fetta
marginale della produzione mondiale.
I materiali organici capaci di generare cariche
elettriche (semiconduttori) sono un’alternativa
molto più economica rispetto a quelli inorganici
tradizionali, dato che possono essere trasformati
in manufatto finale ricorrendo a tecnologie a basso
costo non applicabili ai semiconduttori inorganici.
A partire dai primi esperimenti pionieristici risalenti
alla metà del secolo scorso, passando dalla prima
cella fotovoltaica organica degna di tale definizione
realizzata da Tang circa 20 anni fa, le efficienze delle
celle fotovoltaiche organiche hanno oggi raggiunto la
soglia minima per lo sfruttamento su larga scala (5%)
con un progresso che ha ormai assunto un andamento esponenziale a partire dagli ultimi 5-6 anni.
Il funzionamento delle celle organiche presenta
strette analogie con quello delle celle inorganiche,
ma anche vari elementi di distinzione importanti,
che verranno discussi di seguito. Si comincerà col
descrivere come funziona una cella fotovoltaica di
tipo tradizionale.
Funzionamento delle celle solari
Principi teorici
Una cella solare è un dispositivo in grado di trasformare energia luminosa, o, più in generale, la
25
radiazione elettromagnetica proveniente dal sole,
in corrente elettrica. Alla base del suo funzionamento concorrono due processi: l’assorbimento di
luce e la generazione di corrente elettrica. Pertanto
il dispositivo deve essere costituito da uno o più
materiali opportunamente assemblati in grado di
assolvere queste funzioni in maniera efficiente. Le
proprietà elettriche dei materiali e le loro interazioni
con le onde elettromagnetiche sono strettamente
intercorrelate in quanto determinate dalla struttura
elettronica dei materiali stessi e, quindi, dalla natura e dalla disposizione degli atomi che li compongono. I chimici sono familiari con i livelli energetici
elettronici nelle molecole: gli orbitali molecolari
costituiti da combinazioni lineari di orbitali atomici.
Nelle molecole, dove il numero di atomi è limitato,
gli orbitali molecolari sono spazialmente localizzati.
I solidi cristallini possono essere considerati delle
molecole infinitamente estese e i corrispondenti
orbitali diventano anch’essi infinitamente estesi.
Inoltre mentre nelle molecole i livelli degli orbitali
sono corrispondentemente pochi ed energeticamente ben distinti, nei cristalli i livelli tendono
ad essere infinitamente numerosi e la differenza
di energia tra loro tende ad essere infinitamente
piccola, portando alla formazione delle cosiddette
bande di energia (Fig. 1).
Poiché i processi di interazione con le onde elettromagnetiche e soprattutto quelli di conduzione
elettrica sono profondamente influenzati dall’esistenza di orbitali elettronici localizzati piuttosto
che di bande estese, è importante rimarcare che
queste ultime sono presenti esclusivamente nei
solidi cristallini mentre nei solidi amorfi dominano
gli orbitali localizzati. Questa distinzione è all’origine di alcune profonde differenze tra le celle solari
inorganiche come quelle al silicio cristallino, e
quelle organiche o polimeriche costituite da materiali prevalentemente amorfi.
Tutte le celle solari sono costituite essenzialmente
da due tipologie di materiali: quelli metallici che
costituiscono gli elettrodi e quelli semiconduttori
che devono assorbire la luce e generare portatori
di carica elettrica da convogliare agli elettrodi. È
dunque opportuno ricordare che i metalli sono
solidi nei quali la banda elettronica popolata di
energia più elevata (la cosiddetta banda di valenza) è semiriempita in quanto costituita dalla combinazione lineare di orbitali atomici semioccupati
(Fig. 2). I semiconduttori e gli isolanti sono invece
solidi nei quali la banda di valenza è completamente riempita (solidi covalenti, ionici e molecolari) in quanto originata dalla combinazione di
orbitali atomici doppiamente occupati. In questo
caso esiste un gap energetico che separa la banda
di valenza completamente occupata dalla prima
banda non occupata (banda di conduzione). La
distinzione tra semiconduttori e isolanti dipende
dall’entità di questo band-gap: elevato negli isolanti, basso nei semiconduttori.
Un importante parametro caratteristico dei solidi è
l’energia di Fermi εF che è il valore di energia per
il quale l’occupazione elettronica media, derivata
dalla statistica di Fermi-Dirac per un gas di fermioni non interagenti (gli elettroni sono fermioni in
quanto particelle a spin ½), è pari a ½. Alle temperature di interesse coincide con il potenziale chimico elettronico ovvero con l’energia libera media
necessaria per estrarre un elettrone dal materiale.
Nei metalli l’energia di Fermi, che è anche detta
funzione di lavoro o workfunction, cade a metà
della banda di valenza, mentre nei semiconduttori
giace all’interno del band-gap.
Figura 1: Esempio di formazione di orbitali molecolari e
di bande di energia dalla combinazione di orbitali s
Figura 2: Rappresentazione schematica dei livelli energetici in un metallo e in un semiconduttore
Fotoassorbimento
Qualsiasi materiale è in grado di assorbire fotoni
con energia hν (dove h è la costante di Planck e ν
la frequenza) se questa è maggiore o uguale alla
differenza di energia (gap) tra il più basso livello
energetico non occupato da elettroni e il più alto
livello energetico occupato. Nei solidi cristallini
questo valore è il band-gap, ovvero la differenza
26
di energia tra il più basso livello energetico della
banda di conduzione e il più alto livello energetico della banda di valenza. Nei solidi molecolari
amorfi, dove gli orbitali sono localizzati, il gap corrisponde alla differenza di energia tra il più basso
orbitale molecolare non occupato (LUMO) e il più
alto orbitale molecolare occupato (HOMO).
Conduzione
Nei metalli, in cui la banda di valenza è semiriempita, il band-gap è nullo e a temperatura T > 0 K
ci sono sempre alcuni elettroni che si trasferiscono
dai più alti livelli energetici occupati ai primi non
occupati all’interno della stessa banda. Quando
un elettrone viene eccitato a un livello superiore
non occupato o parzialmente occupato acquista
mobilità e diventa un portatore di carica negativo;
allo stesso tempo lascia una lacuna (buca) nel
livello di provenienza incrementando la mobilità
degli elettroni rimasti in questo livello. La mobilità
elettronica è responsabile della conduzione di corrente: quando un campo elettrico viene applicato
alle estremità opposte di un metallo gli elettroni
si muovono verso il polo positivo. Usualmente si
preferisce distiguere tra portatori di carica negativa (elettroni) che si muovono nei livelli energetici
poco occupati verso il polo postivo, e portatori di
carica positiva (buche) che si muovono nei livelli
energetici a elevata occupazione elettronica verso
il polo negativo.
Poiché il band-gap è nullo la creazione di portatori
di carica richiede pochissima energia e i metalli
sono buoni conduttori a qualsiasi temperatura.
Per lo stesso motivo sono in grado di assorbire e
riemettere fotoni di tutte le frequenze, apparendo
opachi e riflettenti.
Quando il band-gap è maggiore di zero si parla
di materiali semiconduttori o isolanti a seconda
dell’entità del suo valore e della temperatura.
Materiali come il silicio e il germanio cristallini, con
un band-gap rispettivamente di 1,14 eV e 0,67 eV,
sono detti semiconduttori intrinseci: anche a temperatura ambiente, infatti, alcuni elettroni sono in
grado di popolare la banda di conduzione creando
un corrispondente numero di buche nella banda di
valenza. Poiché i portatori di carica sono pochi la
conducibilità di questi materiali è scarsa. Tuttavia
è possibile “drogare” questi materiali sostituendo,
per esempio, alcuni atomi di Si con atomi contenenti o un elettrone in meno nel guscio di valenza
(boro) o un elettrone in più (fosforo). Nel primo
caso si parla di semiconduttori di “tipo p” in quanto alcuni elettroni nella banda di valenza vanno a
completare il guscio elettronico degli atomi di boro
formando degli ioni negativi e creando delle buche,
e quindi dei portatori di carica positivi, nella banda
Figura 3: Spostamento dell’energia di Fermi in semiconduttori drogati p e n
di valenza. Nel secondo caso si parla di semiconduttori drogati “tipo n” in quanto alcuni elettroni
degli atomi droganti vanno a popolare la banda
di conduzione formando ioni positivi e trasferendo
elettroni in banda di conduzione. In entrambi i casi
il numero di portatori di carica aumenta rispetto a
quello dei semiconduttori intrinseci e, conseguentemente, aumenta la conducibilità.
Il drogaggio comporta uno spostamento del livello
di Fermi verso il basso nel caso dei semiconduttori
drogati p e verso l’alto nei semiconduttori di tipo
n (Fig. 3). Questa considerazione è di particolare
importanza quando si considerano materiali diversi in contatto tra loro. Alla giunzione i potenziali
chimici devono eguagliarsi e nella zona prossima
alla superficie di contatto si stabilirà un campo
elettrico dovuto agli elettroni che migrano da un
materiale all’altro finché non si raggiunge una
situazione di equilibrio (Fig. 4).
Celle solari al silicio
Se un dispositivo costituito da una giunzione pn
(diodo) viene irradiato con onde elettromagnetiche, i fotoni che hanno una frequenza ν tale che
la loro energia E = hν sia maggiore o uguale a
quella del band-gap possono essere assorbiti promuovendo l’eccitazione di elettroni dalla banda di
valenza a quella di conduzione (Fig. 5), formando
Figura 4: Giunzione pn
27
materiali organici di questo tipo l’assorbimento di
fotoni genera stati eccitati (eccitoni) attraverso il
trasferimento di elettroni dall’HOMO al LUMO, ma
questo fenomeno non porta necessariamente alla
formazione di portatori di carica come nel caso dei
materiali semiconduttori inorganici quale il silicio.
Perché un eccitone si dissoci, esso deve giungere
in prossimità di una giunzione con un altro materiale con caratteristiche elettroniche diverse, in
grado di estrarre l’elettrone dalla molecola eccitata
creando una coppia buca/elettrone.
Un semplice dispositivo in grado di realizzare questa situazione è rappresentato da una cella organica
monostrato (Fig. 6a). In questo dispositivo la giunzione che crea la separazione di carica è rappresentata dai contatti tra gli elettrodi metallici e lo strato
organico. La differenza di potenziale tra gli elettrodi
potrebbe essere in linea di principio sufficiente a
fornire il campo elettrico necessario a rompere l’eccitone fotogenerato e separare i portatori di carica
verso i rispettivi contatti. Purtroppo in dispositivi di
questo tipo, il cui schema di funzionamento e raffigurato in Figura 6b, l’elevata velocità di diseccitazione per emissione dell’eccitone, la bassa velocità
di diffusione dell’eccitone verso l’elettrodo e la qualità delle giunzioni che è poco efficace nel generare
la separazione di carica, contribuiscono a rendere
l’efficienza complessiva molto modesta.
Un primo modo per incrementarla consiste nel
creare un dispositivo per certi aspetti simile a
quello della cella al silicio mostrata in Figura 5a.
Una cella bistrato è formata da due strati costituiti
da un materiale donatore di elettroni (D) e da
un materiale accettore di elettroni (A) posti tra
un anodo semitrasparente e un catodo metallico
(Fig. 7a). All’interfaccia tra i due strati organici
esistono forze elettrostatiche che derivano dalle
differenze di affinità elettronica e di potenziale di
ionizzazione. Il materiale che le manifesta più alte
sarà l’accettore, l’altro il donatore e all’interfaccia
tra i due avviene la separazione dell’eccitone in
elettroni e lacune.
Figura 5: Schema di funzionamento di una cella fotovoltaica
buche nella banda di valenza. Se il dispositivo è
collegato con un circuito elettrico esterno gli elettroni si muoveranno nella banda di conduzione del
materiale n verso il catodo mentre le buche migreranno nel materiale p verso l’anodo. In questo
modo nel circuito circolerà una corrente elettrica.
Questo dispositivo è una cella solare in condizioni
operative di corto circuito.
I livelli energetici rappresentativi dell’anodo e del
catodo corrispondono all’energia di Fermi dei
metalli costituenti gli elettrodi in condizione di
corto circuito (isopotenziali) e allineati all’energia
di Fermi della giunzione pn.
Questo schema rappresenta il principio di funzionamento di una cella solare al silicio del tipo
rappresentato in Figura 5a.
Celle solari organiche
In linea di principio è possibile costruire dispositivi
in grado di funzionare come celle solari utilizzando diversi tipi di materiale e diverse architetture
strutturali. Gli elementi costitutivi indispensabili
sono rappresentati da almeno un materiale semiconduttore, caratterizzato da un gap che garantisca l’assorbimento di fotoni nel visibile, e da una
coppia di elettrodi, dei quali uno semitrasparente,
ai quali convogliare i portatori di carica. Alcuni
materiali organici e polimerici sono classificati
come semiconduttori. È ben noto, per esempio,
che molecole organiche contenenti doppi legami
coniugati sono in grado di assorbire fotoni e che
quanto più è esteso il sistema coniugato e quanto più è estesa la delocalizzazione elettronica,
tanto più il gap HOMO-LUMO diminuisce fino ad
essere compatibile con l’assorbimento di fotoni
nel visibile. Tipicamente materiali costituiti da
idrocarburi policiclici condensati – come il pentacene – coloranti organici – come le ftalocianine
– o polimeri coniugati – come il poliacetilene, il
polifenilenevinilene, il politiofene – contengono
sistemi coniugati piuttosto estesi in grado di soddisfare le condizioni di assorbimento di fotoni desiderate. Tuttavia è importante evidenziare che nei
Figura 6: Cella monostrato
28
Per completare il quadro relativo allo schema generale di funzionamento delle celle organiche è necessario rilevare che gli schemi rappresentati in Figura
6b e 7b sono estremamente semplificati in quanto
non tengono conto del fatto che gli strati di materiale organico non sono monomolecolari, ma multimolecolari. Pertanto i portatori di carica (elettroni e
buche) prima di arrivare ai rispettivi elettrodi (catodo
e anodo) devono “saltare” da una molecola all’altra.
Questo meccanismo di conduzione (hopping), tipico dei materiali amorfi, è completamente diverso e
molto meno efficiente della conduzione a bande nei
materiali cristallini ed è uno delle principali cause
di scarsa efficienza delle attuali celle organiche.
Tuttavia nelle condizioni effettive di funzionamento
esiste un campo elettrico all’interno della cella, che
è determinato dalla differenza delle workfunction dei
due elettrodi, che facilità la migrazione delle buche
verso l’anodo e degli elettroni verso il catodo (Fig.
9). Il campo elettrico infatti crea una successione
di stati HOMO e LUMO delle molecole organiche il
cui valore dipende dalla distanza dagli elettrodi ed è
rappresentato dalle linee inclinate in Figura 9.
Un elemento che invece gioca a favore delle celle
organiche rispetto a quelle al silicio è l’elevato
coefficiente di assorbimento dei fotoni che consente di utilizzare strati molto sottili e modeste
quantità di materiale.
Figura 7: Cella solare bistrato
Lo schema di funzionamento della cella è rappresentato in Figura 7b. La scelta dei materiali donatore e accettore deve essere fatta in modo tale
che il materiale donatore sia in grado di assorbire
fotoni creando eccitoni, mentre il materiale accettore deve essere in grado di dissociare l’eccitone
estraendo rapidamenete elettroni dal LUMO di D
(LD) e trasferendoli al catodo. Al tempo stesso
l’HOMO del donatore (HD) deve avere valori energetici tali da consentire un rapido trasferimento
delle buche verso l’anodo. In questo caso, dunque,
la giunzione D/A favorisce la dissociazione dell’eccitone in coppie buca/elettrone. Naturalmente la
scelta degli elettrodi in base alle loro workfunction
e dei materiali donatori e accettori in base ai valori
dei rispettivi HOMO e LUMO deve essere fatta in
modo tale da garantire la massima efficienza di
trasferimento di carica e rallentando tutti i possibili
processi di diseccitazione e ricombinazione delle
coppie buca/elettrone.
Uno dei fattori limitanti di questo tipo di cella
è rappresentato dalla modesta estensione della
superficie di giunzione D/A dove si creano le
coppie buca/elettrone. Per ovviare a questo
inconveniente è possibile incrementare la superficie di contatto tra le due tipologie di materiale
rendendola una superficie frattale ad elevata
estensione. Questa idea trova una realizzazione
nella cella bulk-heterojunction rappresentata in
Figura 8. Lo strato attivo consiste in un blend
dei due materiali con dimensioni dei domini
omogenei confrontabili con la lunghezza di diffusione dell’eccitone; in tal modo, dovunque sia
fotogenerato l’eccitone, questo trova un’interfaccia capace di dissociarlo. Inoltre, se esiste
un cammino continuo capace di trasportare la
carica al rispettivo contatto, allora si registrerà
una corrente. In questo modo, massimizzando
l’estensione della superficie D/A è possibile
incrementare la formazione di coppie buca/elettrone aumentando in maniera significativa l’efficienza della cella.
Confronto fra materiali inorganici e organici
Riepilogando in modo puntuale quanto discusso
finora, i semiconduttori organici e quelli inorganici
si differenziano per i seguenti elementi:
Figura 8: Schema di cella bulk-heterojunction
29
Figura 9: Schema di funzionamento di celle monostrato e bistrato: effetto del campo elettrico sugli HOMO e sui
LUMO
– gli eccitoni (coppie elettrone-lacuna) fotogenerati nelle sostanze organiche sono fortemente
legati e non dissociano spontaneamente in
cariche separate (la dissociazione richiede
circa 100 meV di energia), ma necessitano di
un campo elettrico di una certa intensità;
– il trasporto delle cariche procede per hopping
tra stati localizzati e non dentro ad una banda
di conduzione, pertanto si avrà a che fare con
basse mobilità (anche a causa del disordine
molecolare), e la fotocorrente è sensibile alla
temperatura;
– l’intervallo spettrale di assorbimento è relativamente stretto se confrontato con lo spettro
solare, ma può essere modulato e adattato alle
esigenze con estrema facilità modificando la
struttura chimica del materiale;
– i materiali organici hanno alte densità ottiche a
causa di alti coefficienti di assorbimento (circa
105 cm-1 per spessori di film di 100 nm circa),
anche se strati troppo sottili possono indurre
effetti interferenziali;
– i materiali organici sono sensibili alla presenza
di ossigeno e acqua;
– le proprietà ottiche ed elettroniche possono risultare fortemente anisotrope; ciò può
rappresentare un problema ma può anche
essere sfruttato per ottenere effetti particolari;
– l’efficienza delle celle inorganiche diminuisce con la temperatura, mentre quella delle
celle organiche cresce.
Valutazione delle efficienze
Per valutare sperimentalmente l’efficienza di una
cella solare si ricorre ad una serie di misure elettriche sul dispositivo allo scopo di tracciare un diagramma corrente/tensione (I/V) in varie condizioni
operative. Per comprendere i concetti fondamentali che sono alla base di queste misure ricorriamo
per semplicità allo schema di funzionamento di
una cella monostrato costituita da un sandwich
anodo/strato organico/catodo collegata ad uno
strumento in grado di generare una tensione esterna agli elettrodi e di misurare le correnti circolanti
nel circuito in funzione della tensione applicata. In
Figura 10 sono riportate quattro diverse condizioni
operative relative a quattro possibili condizioni di
misura.
Nel primo caso (Fig. 10a) il dispositivo è in condizioni di corto circuito: poiché i due elettrodi sono
collegati tra loro devono trovarsi allo stesso potenziale. Dal momento che sono costituiti da metalli
diversi, alcuni elettroni migreranno dal metallo con
il livello di Fermi più elevato (catodo) attraverso il
circuito verso il metallo con il livello di Fermi più
basso (anodo). Questa migrazione di elettroni
eleva la workfunction dell’anodo e abbassa quella
del catodo fin quando i due livelli sono allo stesso
potenziale. Come abbiamo visto in precedenza per
effetto di questa migrazione si forma un campo
elettrico tra i due elettrodi all’interno della cella
che causa una variazione dei livelli di HOMO e
LUMO delle molecole nello strato organico in
funzione della distanza dagli elettrodi. I livelli più
30
Figura 10: Diagramma I/V e curva caratteristica di un diodo
vicini al catodo, che si è caricato positivamente, si
abbassano e quelli vicini all’anodo, che si è caricato negativamente, si alzano. All’equilibrio sono
nulli sia il potenziale (V = 0) che la corrente che
circola nel circuito (I = 0). In condizioni di illuminazione gli elettroni eccitati migreranno verso il
catodo e le buche verso l’anodo, generando una
corrente elettrica di corto circuito (V = 0, I = Isc).
Nel secondo caso (Fig. 10b) il dispositivo è illuminato e in condizioni di circuito aperto. In questo
caso il potenziale che forzerebbe gli elettroni a
fluire nel circuito esterno dal catodo verso l’anodo
è controbilanciato dall’applicazione di un potenziale esterno (V = Voc) tale da opporsi a tale flusso.
Quindi la corrente è nulla (I = 0) mentre Voc è pari
alla differenza tra le workfunction dei due metalli.
In queste condizioni le curve degli HOMO e dei
LUMO sono piatte in quanto non c’è campo elettrico interno alla cella.
Nel terzo caso (Fig. 10c) si applica agli elettrodi
una tensione inversa (V < 0) che esalta il campo
elettrico interno alla cella incrementando l’inclinazione delle curve relative all’HOMO e al LUMO
rispetto alle condizioni di corto circuito. In queste
condizioni c’è sempre una piccola corrente di buio
e, in presenza di luce, il dispositivo funziona come
rivelatore di fotoni.
Nel quarto caso (Fig. 10d) si applica agli elettrodi
una tensione diretta che tende a iniettare elettroni
dall’esterno (V > Voc) nel LUMO e buche nell’HOMO. La pendenza delle curve degli HOMO e dei
LUMO si inverte rispetto alla condizione di corto
circuito e forza elettroni e buche a ricombinarsi
emettendo fotoni. In queste condizioni operative
(il dispositivo funziona come LED, Light Emitting
Diode).
In condizioni di illuminazione applicando al dispositivo una tensione variabile tra 0 e Voc il dispositi-
31
vo lavora come cella solare. Al centro di Figura 10
è riportato un esempio di una curva caratteristica
I/V in queste condizioni. L’efficienza della cella
può essere stimata valutando il punto della curva
in cui il prodotto della corrente per la tensione e
massimo (area tratteggiata). La potenza erogata
in queste condizioni è Pmax = Imp x Vmp. Il rapporto
tra Pmax e la potenza massima teorica Pt = Isc x Voc
è detto Fill Factor (FF = rapporto tra le aree del
rettangolo tratteggiato e del rettangolo bianco in
Figura 10). L’efficienza η della cella è determinata
dal rapporto tra la massima potenza erogata dal
dispositivo e la potenza entrante Pin:
Riferimenti
1
2
3
4
5
6
η = Pmax/Pin = (Imax x Imax)/Pin = (FF x Isc x Ioc)/Pin
7
Conclusioni
Abbiamo quindi visto quali siano i principi alla base
del funzionamento delle celle fotovoltaiche inorganiche (tipicamente al silicio) e come meccanismi
molto simili diano conto del funzionamento di quelle costituite da materiali fotoattivi organici. Nella
prossima parte di questa overview vedremo più in
dettaglio quali siano le classi di materiali organici
a basso e alto peso molecolare che sono dotate
delle proprietà più adatte per realizzare celle solari e
trasformare l’energia luminosa – un’energia pulita,
diffusa e inesauribile sulla scala dei tempi di milioni
di generazioni – in energia elettrica.
8
9
10
11
12
13
32
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RIQUADRO 1
Attualmente la produzione mondiale di moduli fotovoltaici supera i 2.5 GW all’anno, in crescita ad un
tasso che dal 1997 fino al 2005 è stato almeno del 25%. La tecnologia dominante, con circa il 95%
del totale, è quella basata sul silicio in fette, cristallino e multicristallino. La curva storica dei prezzi
di vendita mostra una diminuzione del 20% ad ogni raddoppio di capacità cumulativa installata. Un
modulo costava 20 $/W a metà degli anni ’80, contro i circa 3 €/W di oggi.
Negli ultimi anni si è registrato un interesse crescente per le celle a “film sottili” (celle di seconda generazione). Pur caratterizzate da una minore efficienza, permettono di utilizzare una quantità di materia
prima molto più bassa e hanno il pregio della flessibilità (meccanica). La loro quota di mercato rimane
tuttavia ancora limitata. Altre tecnologie a film sottili che si stanno affacciando sono quelle relative ai
composti II-VI, quali tellururo di cadmio e solfuro di cobalto-gallio-indio.
Tecnologia
Efficienza commerciale
Quota di mercato
Si multicristallino
11-16%
57%
Si monocristallino
12-17%
32%
Nastri di Si
11-14%
4.4%
Si amorfo o microcristallino
(film sottili)
7%
4.6%
Altri film sottili (CdTe, CGIS)
7-11%
1.7%
Celle multigiunzione (a concentrazione)
35-40%
Applicazioni spaziali
RIQUADRO 2
I materiali polimerici conduttori (polimeri π-coniugati) sono il frutto delle scoperte di Alan J. Heeger,
Alan MacDiarmid e Hideki Shirakawa, ai quali nel 2000 è stato assegnato il Premio Nobel.
Sono polimeri (ma il discorso vale anche per gli oligomeri) caratterizzati dal possedere orbitali π e
π* parzialmente delocalizzati che consentono sia il trasporto di carica sia l’assorbimento ottico. Le
eccitazioni ottiche nel visibile sono dovute a transizioni tra questi due orbitali; e la lunghezza d’onda
di assorbimento può essere variata modificando chimicamente la struttura macromolecolare, con una
ampiezza della banda che dipende dal grado di coniugazione.
La scoperta di questi materiali avvenne per caso, in seguito ad un errore di uno studente che utilizzando una quantità di catalizzatore 1000 volte superiore al normale nella polimerizzazione dell’acetilene,
ottenne un prodotto dall’aspetto metallico; studi successivi mostrarono che il drogaggio di questo
nuovo materiale (che altro non era che poliacetilene trans) provocava un aumento di conducibilità
elettrica di nove ordini di grandezza rispetto ai valori tipici, portandola al livello di quella dei metalli. I
polimeri π-coniugati trovano impiego nel settore dell’elettronica molecolare: LED, transistor ad effetto
di campo, schermi piatti a colori e celle fotovoltaiche a base di polimeri sono ormai una realtà, in
svariati casi già anche commerciale.
Per altre informazioni: v. AIM Magazine vol 54, n. 3, pag. 5.
33
Dal Mondo della Tecnologia
Elettrofilatura:
una tecnologia antica
per applicazioni innovative
su scala ‘nano’
Maria Letizia Focarete*, Mariastella Scandola*
Si tratta essenzialmente di un processo di stiro,
generato da campi di forza elettrostatici ad elevato
potenziale, che agisce su una soluzione polimerica
ad alta viscosità o su un fuso polimerico.
Le potenzialità di questa tecnologia, che possiamo considerare ‘antica’, essendo nota da quasi
cent’anni, sono state rivalutate negli ultimi dieci
anni. Recentemente, infatti, la scienza e tecnologia
dei materiali ha indirizzato fortemente il proprio
ambito di indagine verso un approccio multidisciplinare nuovo, basato sulla nanotecnologia e sulle
proprietà dei materiali su nanoscala.
Le nanofibre prodotte attraverso l’elettrofilatura
vengono generalmente raccolte in forma di tessuto-non-tessuto (deposizione disordinata) (Fig. 1),
ottenendo strutture micro- o nanofibrose (mat) che
possiedono interessanti proprietà. Tali materiali
sono infatti caratterizzati da una elevata porosità,
con pori di piccole dimensioni, una notevole area
superficiale specifica (elevato rapporto superficie/
volume), da buone proprietà meccaniche, adatte
per applicazioni in diversi settori (filtrazione, sensoristica, biomedicale, ecc.).
Una delle caratteristiche dell’elettrofilatura, che la
rendono particolarmente attraente per i gruppi di
ricerca che si occupano di materiali polimerici, è
la semplicità, la versatilità e il basso costo dell’apparecchiatura. A tutt’oggi la strumentazione viene
costruita nei vari laboratori di ricerca, componendo
elementi disponibili sul mercato e adattandola alle
particolari esigenze. La buona riuscita del primo
congresso italiano sull’elettrofilatura (CNES 2007)
ha testimoniato come anche in Italia siano già numerose le competenze sviluppate in questo settore.
Introduzione
Nel mese di giugno 2007 si è svolto, presso il
Politecnico di Milano (con il patrocinio di AIM),
il primo Congresso Nazionale di Electrospinning
(CNES 2007) 1, che ha visto riuniti in un contesto
molto stimolante i gruppi di ricerca italiani attivi
nello sviluppo e nell’utilizzo della tecnologia dell’elettrofilatura.
L’elettrofilatura, detta anche ‘filatura elettrostatica’ o ‘electrospinning’, per usare il termine inglese più in voga, è attualmente l’unica tecnologia
che permette la produzione di fibre continue
polimeriche o inorganiche con dimensioni che
possono andare da decine di nanometri a qualche
micron (Fig. 1).
Figura 1: Micrografia al microscopio elettronico a scansione (SEM) di nanofibre elettrofilate di acido polilattico
Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”, Università di Bologna, via Selmi 2, 40126 Bologna, http://www.ciam.unibo.it/polymer_science/; E-mail: [email protected]
1
http://wss.chem.polimi.it/cnes2007/default.aspx.
*
34
Tuttavia, l’elettrofilatura non ha visto fino ad ora
l’esplosione a livello industriale, a causa della
capacità produttiva ancora molto limitata e del
difficile controllo del processo su larga scala. Le
applicazioni attuali riguardano essenzialmente settori di nicchia.
applicare il processo di elettrofilatura non solo a
soluzioni polimeriche ma anche a polimeri allo
stato fuso 5.
Tuttavia, fino al 1990 c’è stato poco interesse
per l’elettrofilatura, tecnica fino a quel momento
conosciuta come ‘electrostatic spinning’, ed è
solo verso il 1995 – a seguito dell’affermarsi della
nanoscienza e nanotecnologia – che si è osservato un interesse crescente da parte dei ricercatori
verso una tecnologia che permetteva di produrre
fibre di dimensioni nanometriche. I primi studi
sistematici sul processo di elettrofilatura di soluzioni polimeriche risalgono infatti al 1995, quando
il gruppo di D.H. Reneker dell’Università di Akron
ha studiato l’effetto dei parametri di processo
sulla produzione di nanofibre di polietilenossido da
soluzioni acquose 6.
A partire da questi anni è stato coniato il termine
‘electrospinning’, che è oggi ampiamente usato in
letteratura. La produzione di studi teorici e sperimentali su questo processo è cresciuta in maniera
esponenziale dagli anni ’90 ad oggi, come dimostrato dal numero di pubblicazioni scientifiche
apparse in letteratura (Fig. 2).
Breve storia dell’elettrofilatura
I primi brevetti, che descrivono l’applicazione di
un campo elettrostatico ad elevato potenziale
per produrre fibre da soluzioni viscose, risalgono ai primi anni del 1900 2. Nel 1934 Formhals
pubblica il primo brevetto che descrive un apparato sperimentale per produrre fibre polimeriche
sottili da soluzioni di esteri della cellulosa. Negli
anni successivi vengono messe a punto apparecchiature per produrre tramite l’elettrofilatura
tessuti-non-tessuti con topografie particolari
(‘pattern’) 3 e il concetto di elettrofilatura viene
esteso passando da una soluzione a singolo
componente ad un liquido contenente una ‘pluralità di componenti’ 4. Sempre intorno agli anni
’80 è stata anche dimostrata la possibilità di
4
5
6
2
3
Morton WJ. US Patent 705,691 (1902); Formhals A. US Patent 1,975,504 (1934).
Simons HLUS Patent 1966;3:280,229.
Martin GE. US Patent 1977;4:044,404.
Larrondo L, et al. J Polym Sci 1981;19:909; Larrondo L, et al. J Polym Sci 1981;19:933.
Doshi J, DH. Reneker. Journal of Electrostatics 1995;35:151.
35
goccia sospesa dal capillare. Si viene così a creare un campo elettrico ad elevato potenziale tra il
capillare e il controelettrodo messo a terra, che
provoca una distorsione della goccia fino a farle
assumere una forma conica (‘cono di Taylor’)
(Fig. 4).
Figura 2: Andamento del numero annuale di pubblicazioni (barre grigie) e brevetti (barre nere) sull’elettrofilatura 7
Figura 4: Schematizzazione del cono di Taylor e immagine fotografica
Il processo dell’elettrofilatura
La tipica apparecchiatura sperimentale per elettrofilatura è costituita principalmente da tre componenti: una siringa che contiene la soluzione
polimerica da elettrofilare, collegata ad un capillare metallico; un generatore di tensione ad alto
potenziale (10-50 kV) collegato all’ago della siringa mediante un elettrodo; un collettore metallico
messo a massa che ha la funzione di controelettrodo (Fig. 3).
Durante il processo, si carica elettrostaticamente
la soluzione polimerica che fuoriesce in forma di
Quando la forza elettrostatica che agisce sulla
goccia carica supera la tensione superficiale,
cioè al di sopra di un valore ‘critico’ del potenziale elettrico, si forma un sottile getto di fluido
polimerico che viene attratto verso il collettore
metallico. Il getto carico viene quindi allungato
e accelerato dal campo elettrico, subendo processi di instabilità che gli fanno percorrere un
cammino a spirale (instabilità a frustata o whipping instability) che aumenta il rapporto di stiro,
causando quindi un assottigliamento del getto
stesso (Fig. 5).
È proprio questo
processo di instabilità che permette di spiegare i
due
fenomeni
che stanno alla
base della formazione di nanofibre solide: (1) la
riduzione del diametro del getto
da
dimensioni
dell’ordine
del
millimetro (orifizio del capillare)
a dimensioni fino
a quattro ordini Figura 5: Immagine del getto ottedi grandezza infe- nuta mediante camera ad alta
riori! (2) l’evapo- velocità 8
Figura 3: Schema dell’attrezzatura sperimentale per
elettrofilatura
7
8
Dati ottenuti utilizzando il motore di ricerca Sci Finder Scholar.
Hohmam MM, et al. Physics of Fluids 2001;13:2221-36.
36
razione del solvente che causa la solidificazione
delle nanofibre.
Il moto caotico del getto produce la deposizione
delle fibre in modo casuale sul piano del collettore,
in forma di tessuto-non-tessuto.
La semplicità operativa di un’attrezzatura per
l’elettrofilatura si scontra, tuttavia, con la complessità della messa a punto delle variabili sperimentali che consentono di ottenere nanofibre con
morfologia controllata.
Il processo di elettrofilatura è infatti influenzato da
numerosi parametri, strettamente correlati tra di
loro. Ogni polimero necessita quindi di una messa
a punto individuale, che risulta essere spesso
molto più complicata di quanto si possa immaginare.
La morfologia delle nanofibre, in termini di valore
medio del diametro, distribuzione dei diametri e
presenza o meno di difetti, dipende da due serie di
parametri principali: (1) parametri della soluzione
e (2) parametri specifici del processo.
Tra i parametri della soluzione polimerica è necessario considerare: il peso molecolare e la distribuzione dei pesi molecolari del polimero; le proprietà
del sistema solvente (tensione di vapore, conducibilità, costante dielettrica); la concentrazione e di
conseguenza la viscosità della soluzione.
I parametri di processo comprendono invece: il
potenziale elettrico; la velocità di flusso della soluzione (portata del fluido); la distanza tra il capillare
e il collettore; il tipo di collettore (statico, dinamico, conduttore, isolante...); il diametro interno del
capillare; le condizioni ambientali (temperatura e
umidità).
Non è tra gli scopi di questo articolo descrivere in
dettaglio l’influenza delle variabili citate sulla morfologia delle fibre ottenute (si rimanda per questo
ai testi e alle review riportate nella bibliografia).
Si possono però fare alcune osservazioni che sono
peraltro facilmente intuitive. In generale (a parità
di tutte le altre variabili sperimentali) il diametro
delle fibre diminuisce al diminuire della concentrazione della soluzione e del flusso di soluzione che
esce dal capillare, all’aumentare del potenziale
applicato, all’aumentare della distanza tra il capillare e il collettore.
La concentrazione della soluzione rappresenta il
parametro sperimentale più critico. Infatti, una
delle condizioni necessarie affinché si formino
delle fibre in un processo di elettrofilatura è che le
macromolecole abbiano un peso molecolare e una
concentrazione sufficientemente elevati per dare
9
Figura 6: Effetto dell’aumento della concentrazione (da
sinistra a destra) di una soluzione di poli(lattide-co-glicolide) sulla morfologia delle fibre ottenute (barra: 2µm) 9
luogo alla formazione di concatenamenti (entanglements). Solo in questo caso si forma una fibra,
invece di ottenere la suddivisione del getto in singole ‘goccioline’ (come avviene nel noto processo
di ‘electrospray’). La Figura 6 mostra la variazione
di morfologia, all’aumentare della concentrazione, in una soluzione di poli(lattide-co-glicolide)
(50/50, Mw = 72kDa, Mw/Mn = 3.0). Si passa da
particelle (a) generate da spray, a fibre con difetti
(b) a fibre con diametro costante (c).
Un altro parametro particolarmente critico è la
costante dielettrica del solvente, che deve essere
sufficientemente elevata per favorire la formazione
di un’alta densità di carica nella soluzione.
La versatilità del processo di elettrofilatura consente la raccolta di nanofibre non solo in maniera disordinata ma anche con geometrie ordinate.
Sono stati messi a punto molteplici sistemi per
ottenere l’allineamento delle nanofibre, come
ad esempio fibre allineate in un’unica direzione
(Fig. 7).
Figura 7: Fibre di acido polilattico con elevato grado di
allineamento.
Gualandi C. Tessuto-non-tessuto da nanofibre elettrofilate per la crescita cellulare: ottimizzazione delle condizioni di elettrofilatura e caratterizzazione delle fibre. Tesi di Laurea Magistrale in Chimica, Università degli Studi di Bologna, a.a. 2005-2006.
37
Tale scopo è raggiunto mediante il controllo
del campo elettrico esistente tra il capillare e il
controelettrodo. Tra i vari sistemi impiegati si
può citare, a titolo di esempio, l’utilizzo di una
coppia di controelettrodi paralleli tra loro, che
inducono la deposizione delle fibre elettrofilate
a ponte tra i due elettrodi, e quindi un ottimo
allineamento in una singola direzione 10. Altri
sistemi prevedono l’utilizzo di elettrodi ausiliari
di vario tipo.
Un effetto di allineamento di tipo ‘meccanico’ si
può invece realizzare mediante l’utilizzo di un collettore dinamico come un rullo rotante ad elevata
velocità.
Strutture tubolari possono essere ottenute depositando le nanofibre, con allineamento voluto, su di
un tubo che viene successivamente estratto dallo
strato di fibre così ottenuto.
Nanotubi sono inoltre fabbricabili utilizzando la
tecnologia dell’elettrofilatura coassiale (coaxial
electrospinning) che consiste nell’utilizzare due
capillari inseriti l’uno nell’altro, che contengono
due soluzioni che vanno a formare il cuore e la
‘camicia’ esterna della struttura. L’anima interna
può poi essere, per esempio, disciolta ottenendo
una struttura cava.
Infine, mediante opportune modifiche dell’attrezzatura di elettrofilatura è possibile ottenere
strutture composite che presentano eterogeneità in termini di: (a) dimensione delle fibre; (b)
composizione chimica delle fibre; (c) inclusione
di nano-particelle, di molecole bioattive ecc. Tali
materiali sono ottenibili mediante elettrofilatura
multi-strato o elettrofilatura che utilizza due o
più sistemi di eiezione contemporanei ottenendo,
ad esempio, strutture con fibre di natura diversa
mescolate.
Viste le numerose potenzialità di questa tecnologia
e il numero elevatissimo di polimeri e di sostanze
inorganiche trasformabili in nanofibre (si veda a
questo riguardo la bibliografia riportata di seguito), si comprende come l’elettrofilatura sia destinata ad assumere un ruolo di primaria importanza
tra le nanotecnologie attualmente disponibili.
Applicazioni
Le fibre e le strutture fibrose prodotte mediante
elettrofilatura trovano applicazioni in diversi settori
come illustrato in Figura 8.
Di principale interesse, con risvolti industriali già
attivi, si ricordano:
Figura 8: Potenziali applicazioni delle nanofibre elettrofilate
(tratto da Z-M. Huang et al., Composite Science and Technology, 63, 2223-2253 (2003)).
Li D, et al. Nano Lett 2003;8:1167-1171.
10
38
–
⇒ settore biomedicale:
supporti per la crescita cellulare (scaffold) nel
settore dell’ingegneria dei tessuti; sistemi di
trasporto e rilascio controllato di farmaci.
⇒ settore della filtrazione e delle membrane:
membrane per filtrazione di aria; membrane di
affinità.
Nell’ambito dell’ingegneria dei tessuti, la necessità di riprodurre l’ambiente naturale delle cellule
(la matrice extracellulare è costituita da fibre con
diametri compresi tra 10 e 300 nm) ha spinto la
ricerca ad orientarsi verso la produzione di scaffold
elettrofilati, come supporti biomimetici (Fig. 9).
Nel settore della filtrazione le applicazioni dell’elettrofilatura rivestono già una importanza industriale
notevole da circa vent’anni. L’efficienza di filtrazione dei supporti filtranti classici migliora moltissimo se questi sono ricoperti di nanofibre (Fig. 10),
a causa dell’elevato rapporto superficie/volume e
delle piccole dimensioni dei pori. È stato osservato che filtri costituiti da nanofibre sono in grado
di intrappolare particelle di dimensioni inferiori a
0,5 µm e hanno prestazioni che si mantengono
nel tempo.
Altri settori di applicazione sono:
– settore della sensoristica (rivelatori di gas tossici, di sostanze chimiche, sensori ottici, biosensori)
– settore dei materiali compositi: materiale di
rinforzo per compositi e laminati.
– settore dell’energia e dell’elettricità: dispositivi
elettronici e fotovoltaici.
Figura 9: Crescita di cellule su uno scaffold di nanofibre
elettrofilate 11.
L’elettrofilatura nel 2007
Principali gruppi di ricerca attivi a livello
internazionale
Negli ultimi anni l’interesse verso la produzione
di nanofibre, unita alla semplicità di costruzione
dell’attrezzatura, ha visto crescere enormemente
il numero dei gruppi di ricerca che si occupano
di elettrofilatura, con una distribuzione geografica
molto varia (Fig. 11).
Tra i principali ‘gruppi storici’ si possono citare:
– Prof. Darrell H. Reneker, Department of Polymer
Science, University of Akron, Ohio, USA
– Prof. G.C. Rutledge, Department of Chemical
Engineering, Massachusetts Institute of
Technology, Cambridge, USA
Figura 10: Nanofibre elettrofilate su un substrato poliestereo (a) e su un substrato filtrante di cellulosa (b) 12.
Prof. S. Ramakrishna, Nanobioengineering
Laboratories, Division of Bioengineerin
(NUSNNI), National University of Singapore
– Prof. J. Wendorff, and Prof. A. Greiner, Marburg
University, Germany
– Dr. Yuris Dzenis, Department of Engineering
Mechanics, University of Nebraska-Lincoln, NE
– Prof. Frank K. Ko, Advanced Materials and
Process Engineering Laboratory (AMPEL),
Vancouver, Canada
Mo XM, et al. Biomaterials 2004;25:1883-1890.
Graham K, et al. Polymeric Nanofibers in Air Filtration Applications. Fifteenth Annual Technical Conference & Expo of the
American Filtration & Separations Society, Galveston, Texas, April 9-12, 2002.
11
12
39
National Science Foundation e dal Dipartimento
Americano per l’Energia.
Finetex Technology
http://www.finetextech.com/index_start.jsp
Finetex è stata fondata a Los Angeles nel 2004.
Finetex possiede fabbriche di produzione di nanofibre nelle Filippine, in Corea e in Canada. Il centro
di Ricerca e Sviluppo è situato in Corea e gli uffici
commerciali sono in Giappone e in Finlandia. Un
tipico apparato di filatura nelle fabbriche di Finetex
possiede 40000 capillari su un nastro trasportatore
largo 150 cm. La velocità di produzione delle membrane nanofibrose è di 20 m/min. Le applicazioni
riguardano filtri per aria, micro-filtri per gas/liquidi,
tessuti protettivi, scaffold, ‘wound dressing’.
Figura 11: Distribuzione nel mondo dei centri di ricerca
che si occupano di elettrofilatura 13.
– Prof. D.C. Martin, Department of Materials
Science and Engineeering, University of
Michigan, Michigan, USA
NanoStatics
http://www.nanostatics.com/AboutUs.htm
NanoStatics è una ditta dell’Ohio che è stata fondata
nel 2005. NanoStatics ha sviluppato un processo
produttivo su larga scala per l’ottenimento di materiali
compositi ingegnerizzati con nanomateriali. La ditta
detiene la proprietà intellettuale della tecnologia EHS
(electrohydrodynamic spinning) per la produzione di
nanofibre da vari polimeri, materiali inorganici e leghe
di materiali, mediante un processo altamente controllato, con velocità di produzione elevate.
Sviluppi industriali della tecnologia
Le potenziali applicazioni, estremamente diversificate e innovative, delle nanofibre ottenute da
elettrofilatura, l’hanno visto nascere recentemente
anche un timido interesse industriale. Le ditte che
si occupano di produzione mediante tale tecnologia sono ancora ‘giovani’ e in numero piuttosto
limitato. Di seguito ne viene riportato un elenco,
sulla base delle aree geografiche.
USA
Donaldson Company Inc
http://www.emea.donaldson.com/en/filtermedia/nanofibers/index.html
Donaldson Company Inc è una azienda famosissima
per i suoi sistemi filtranti e ha divisioni in più di 30
paesi nel mondo. Le sue membrane nanofibrose
sono usate per la filtrazione di gas/liquidi e di aria.
Nei prodotti Donaldson le nanofibre costituiscono un
rivestimento di membrane microfibrose (Fig. 10).
Un altro recente prodotto sviluppato da Donaldson è
costituito da un supporto nanofibroso bio-mimetico
della matrice extracellulare, per la crescita cellulare
(Ultra-Web™ Synthetic ECM).
EUROPA
ELMARCO Ltd.
http://www.elmarco.com
Elmarco Ltd., fondata nel 2000, è una azienda che
si sta espandendo in maniera dinamica attraverso
la produzione ad alta tecnologia per l’industria delle
nanofibre e dei semiconduttori. In collaborazione
con l’Università Tecnica di Liberec, Elmarco ha sviluppato un’attrezzatura per la produzione di nanofibre su larga scala. Elmarco possiede la tecnologia
Nanospider™, sviluppata a Liberec, che permette la
produzione industriale di tessuto-non-tessuto costituito da fibre di 200-500 nm di diametro. Tra i materiali costituiti da nanofibre sviluppati da Elmarco ci
sono: Nanospider AcousticWeb™, un nuovo materiale con caratteristiche uniche di assorbimento del
suono, e Nanospider AntimicrobeWeb™ un nuovo
materiale per la purificazione dell’aria.
eSpin Technologies, Inc (Tennessee)
http://www.espintechnologies.com/
È una ditta di trasformazione ad alto contenuto
tecnologico. È attiva nella produzione di membrane
costituite da nanofibre di nylon, poliesteri, poliaramidi, poliacrilici, proteine e collagene. Utilizzando
un processo brevettato, è in grado di produrre nanofibre con diametri compresi tra 20~200 nm. La ditta
offre membrane di tessuto-non-tessuto ‘custommade’. Riceve finanziamenti principalmente dalla
ISRAELE
Nicast
http://www.nicast.com/index.asp
Nicast è stata fondata nel 1995. L’azienda, situata
a Lod, in Israele, ha un know-how accumulato in
Ramakrishna S, et al. Materials Today 2006;9:40-50.
13
40
30 anni di esperienza e attrezzature di produzione
in clean-room tutte computerizzate, certificate
ISO-14385 (da MedCERT). È una azienda di
Nanotecnologia che possiede competenze di elettrofilatura, applicabili al settore medicale.
2
3
4
GIAPPONE
Kato Tech Co.Ltd.
http://www.keskato.co.jp/english/neu/index.html
Questa azienda commercializza un apparato per
elettrofilatura che ha sviluppato in collaborazione
con il prof. Frank K. Ko (Drexel University, USA).
5
6
Fuence Co., Ltd.
http://www.fuence.co.jp/en/company/index.html
Fuence Co., Ltd. è stata fondata nel 2002. Il quartier generale è situato a Tokio. Fuence ha inoltre
un ufficio al Riken (importante istituto di ricerca
giapponese), poiché è supportata scientificamente
dai ricercatori di tale centro.
7
Review principali
1
2
3
COREA
NanoNC
http://www.nanonc.co.kr/
NanoNC è stata fondata a Seoul in Corea. È una
ditta attiva nella commercializzazione di componenti per l’attrezzatura dell’elettrofilatura. L’apparato
sviluppato è costituito da diversi sistemi di iniezione (singoli, multipli ecc.) dotati di movimento nel
piano X-Y e diversi tipi di sistemi collettori.
Si segnala, infine, la collaborazione industriale tra l’Istituto di Nanobioingegneria della National University of
Singapore (NUSNNI) e la ditta MECC CO., Ltd. in
Giappone, per sviluppare apparati di elettrofilatura
progettati sulla base delle esigenze del cliente.
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Bibliografia
Si riporta di seguito una selezione dei principali
testi e review sull’elettrofilatura. È interessante
notare le date delle pubblicazioni che risalgono
tutte ai primi anni del 2000, a testimonianza della
recente ‘rinascita’ di questa tecnologia ‘antica’.
17
Libri e capitoli di libri
18
1
Lyons J, Ko FK, Nanofibers, in “Encyclopedia of
Nanoscience and Nanotechnology”, 6, 727-738, Ed
HS Nalwa, American Scientific Publishers, 2004.
Ramakrishna S, et al. An Introduction to
Electrospinning and Nanofibers, World Scientific
Publishing, Co Pte Ltd, Singapore, 2005.
Kotaki M, et al. Polymer nanofibers and their
applications in bioengineering, in “Handbook of
Nanostructured Biomaterials and Their Applications
in Nanobiotechnology”, 275-298, Ed HS Nalwa,
American Scientific Publishers, 2005.
Reneker DH, Fong H. Polymeric Nanofibers, Oxford
University Press, 2006.
Ko FK. Nanofiber technology, in “Nanomaterials
Handbook” 553-564, Ed Gogotsi Y, CRC Press
LLC, Boca Raton, 2006.
Ramakrishna S, et al. Membranes in Biotechnology:
Preparation, Functionalization and Application,
World Scientific Publishers, 2007.
15
16
Reneker DH, et al. Electrospinning, in “Encyclopedia
of Biomaterials and Biomedical Engineering”,
1, 543-550, Eds Wnek, Gary E, Bowlin Gary L,
Marcel Dekker, Inc, NY, 2004.
19
41
Reneker DH, Chun I. Nanotechnology 1996;7:216223.
Bognitzki M, et al. Adv Mat 2001;13:70-72.
Huang Z-M, et al. Composite Science and
Technology 2003;63:2223-2253.
Li D, et al. Adv Mat 2004;16:361-366.
Li D, Xia Y. Adv Mater 2004;16:1151-1170.
Chronakis IS. Journal of Materials Processing
Technology 2005;167:283-293.
Lyons J, Ko F. Polymer News 2005;30:170-178.
Shenoy SL, et al. Polymer 2005 ;46:3372-3384.
Subbiah T, et al. Journal of Applied Polymer
Science 2005;96:557-569.
McCann JT et al. Journal of Materials Chemistry
2005;15:735-738.
Ramakrishna S, et al. Materials Today 2006;9:40-50.
Teo WE, Ramakrishna S. Nanotechnology 2006;17:
R89-R106.
Pham QP, et al. Tissue engineering 2006;12:11971211.
Chew SY, et al. Current Pharmaceutical Design
2006;12:4751-4770.
Vasita R, et al. International Journal of Nanomedicine
2006;1:15-30.
Li D, et al. Journal of the American Ceramic
Society 2006;89:1861-1869.
Ashammakhi N, et al. J Nanosci Nanotechnol
2007;7:862–882.
Fong H. Polymeric Nanostructures and Their
Applications 2007;2:451-474.
Hunley MT, et al. Journal of Materials Chemistry
2007;17:605-608.
Dal Mondo della Scienza
Oxocluster
come precursori
di materiali ibridi inorganici-organici
con migliorate proprietà
strutturali e funzionali
Silvia Gross*, Francesco Graziola*
Estratto
I materiali ibridi inorganici-organici, ottenuti combinando a livello molecolare componenti inorganiche
ed organiche, rappresentano una dei più promettenti campi di sviluppo della scienza dei materiali
nanostrutturati. Considerato infatti che gli ibridi, come suggerisce il nome, nascono dall’intima combinazione di una parte organica ed una inorganica, essi coniugano in un unico materiale, che può
presentarsi in differenti forme (come materiale massivo, come strato sottile, come polvere ecc.), proprietà anche assai diverse da quelle dei materiali tradizionali. L’idea fondamentale che ha determinato
lo sviluppo di questo tipo di materiali è quella di associare, su scala molecolare, unità organiche ed
inorganiche, in modo tale da ottenere una combinazione sinergica delle proprietà tipiche di ognuna
delle due classi di costituenti. La modifica sia della natura chimica sia delle proporzioni dei due (o più)
costituenti e l’attenta ingegnerizzazione della superficie di questi materiali consentono poi di modulare le proprietà chimico-fisiche, meccaniche, morfologiche e funzionali del materiale ibrido finale. Tali
materiali si configurano quindi come ideali candidati per la realizzazione di materiali per svariati ambiti
tecnologici, dalla biomedica all’ottica, dalla microelettronica alla sensoristica.
all’interno di una matrice polimerica o, viceversa,
la dispersione o l’inglobamento (embedding) di
molecole organiche in una matrice inorganica
determinano infatti nel materiale finale proprietà
tipiche sia dei materiali organici (elasticità, flessibilità, facile processabilità), sia le caratteristiche
tipiche dei composti inorganici (stabilità termica,
proprietà ottiche, magnetiche, elettriche ecc.).
Tuttavia, tale combinazione conferisce al materiale non solo proprietà tipiche delle componenti
organica ed inorganica di partenza, bensì anche
proprietà del tutto inedite che possono emergere
come conseguenza dell’intima combinazione tra
i diversi elementi strutturali e dalla nanostrutturazione 1-7.
I materiali ibridi inorganici-organici: una introduzione
I materiali ibridi inorganici-organici (inorganicorganic hybrid materials) sono una classe di
materiali caratterizzata dalla coesistenza di componenti sia organiche che inorganiche che interagiscono a livello molecolare 1-6. L’attenzione
dedicata a questa classe di materiali è giustificata
dalle caratteristiche estremamente interessanti di
questo peculiare tipo di sistemi, che combinano a
livello molecolare elementi strutturali sia inorganici sia organici, e coniugano in un unico materiale proprietà anche assai diverse da quelle dei
materiali tradizionali. L’incorporazione di molecole o di cluster (aggregati di atomi) inorganici
CNR-ISTM, Dipartimento di Scienze Chimiche, Università degli Studi di Padova ed INSTM, UdR di Padova
Via Marzolo 1- 35131 Padova, Italia
e-mail: [email protected]
*
42
Tra i materiali nanocompositi, grande applicazione
hanno trovato quelli caratterizzati da una semplice
dispersione meccanica di una componente riempitiva (filler), generalmente inorganica, all’interno di
una matrice polimerica, in cui sussistono solo interazioni chimiche deboli. Va comunque sottolineato
che, i materiali ibridi oggetto di questo contributo
presentano una peculiarità fondamentale e distintiva, ovvero la sussistenza di legami chimici forti tra
componente ospite e matrice ospitante. Una schematica rappresentazione di queste due tipologie di
materiali compositi è illustrata in Figura 1.
Approcci sintetici ai materiali ibridi inorganiciorganici e loro principali proprietà
Un approccio a questo tipo di materiali, non
basandosi su un semplice mescolamento o su una
dispersione dei due costituenti, richiede l’ottimizzazione delle condizioni sperimentali adeguate a
consentire la formazione di un legame chimico.
Questo obiettivo può essere conseguito adottando
diversi tipi di approcci sintetici, ed un recente articolo prospettico di Kickelbick 3 presenta e descrive
in modo sistematico ed esaustivo i vari approcci
utilizzati per sintetizzare materiali ibridi e ne classifica varie tipologie.
Come menzionato, esiste potenzialmente un
numero infinito di materiali ibridi, la cui variabilità
deriva sia dalla natura chimica delle componenti
di partenza, sia dai loro rapporti quantitativi. È
necessario comunque sottolineare che le possibili
classificazioni effettuate sui materiali ibridi non
sono mai rigide, bensì suscettibili di numerose
variazioni ed eccezioni, sia in termini di tipologia
di componenti inorganiche ed organiche coinvolte,
sia in termini di loro mutue interazioni. Per quanto
concerne la tipologia di materiali ibridi che verrà
più estesamente trattata in questo contributo,
quelli caratterizzati dall’inglobamento di cluster
inorganici in differenti tipologie di matrici polimeriche attraverso la formazione di legami chimici forti,
essa dischiude interessanti prospettive applicative
per questo tipo di materiali in molteplici ambiti.
Infatti, la parte inorganica conferisce in molti casi
migliorate proprietà termiche e meccaniche alla
matrice organica, ma può altresì apportare interessanti proprietà funzionali, ad esempio ottiche
o magnetiche. A questo proposito, vale la pena
sottolineare come la creazione di forti interazioni
chimiche tra le componenti viene ottenuta funzionalizzando i precursori organico ed inorganico
con gruppi che possano reagire a dare un legame
chimico stabile.
Un classico approccio alla preparazione di materiali
ibridi si basa, come illustrato in Figura 2, sulla funzionalizzazione di un cluster inorganico con gruppi
polimerizzabili, che poi vengono fatti reagire con
un opportuno monomero (ad esempio un metilmetacrilato) a dare una matrice polimerica in cui le
componenti inorganiche, ovvero i cluster funzionalizzati, sono omogeneamente distribuite ed ancorate chimicamente alla matrice polimerica.
Si tratta di aggregati polinucleari (oxocluster)
di metalli di transizione 6, 8-13 funzionalizzati con
gruppi organici recanti doppi legami, che vengono
utilizzati quindi come “mattoni molecolari” (molecular building blocks) per la sintesi di materiali
ibridi. I leganti funzionali che lo circondano consentono di introdurre il cluster alla matrice polime-
Figura 1: Tipologie di materiali nanocompositi a base
inorganica-organica.
Per quanto riguarda i materiali ibridi caratterizzati dalla formazione di legami covalenti o ionici tra le componenti organiche ed inorganiche,
questa peculiarità assicura compatibilizzazione
e stabilità, e conferisce al materiale una serie di
caratteristiche che la semplice incorporazione
meccanica non potrebbe consentire di ottenere.
Con i compositi polimerici tradizionali, i materiali
ibridi condividono tuttavia alcuni vantaggi, quale
l’elevatissima variabilità in termini composizionali,
strutturali e morfologici, la versatilità in termini di
forma, caratteristiche ed applicazioni, le proprietà
migliorate rispetto ai polimeri tal quali.
L’intrinseca versatilità di questi materiali, deriva
dall’ampia variabilità dei parametri di sintesi coinvolti, in primis la natura chimica dei due componenti (inorganico ed organico), i loro rapporti
quantitativi nel materiale e la modulazione delle
loro interazioni a livello di interfaccia mediante
opportuna scelta dei gruppi funzionali. La modifica
sia della natura chimica sia delle proporzioni dei
due (o più) costituenti consente quindi, in linea di
principio, di modulare le proprietà chimico-fisiche,
meccaniche, morfologiche e funzionali del materiale ibrido finale.
43
puro, ovvero senza componenti inorganiche.
L’incorporazione di componenti di natura inorganica in una matrice organica mediata dalla
formazione di un legame chimico forte può quindi apportare un importante “valore aggiunto” al
materiale finale, in particolare:
• migliorata stabilità meccanica, strutturale e, in
alcuni casi, termica;
• assenza di disomogeneità composizionali associate a separazioni di fase/demiscelazione delle
due componenti;
• limitati fenomeni di lisciviazione del materiale.
Inoltre, come accennato all’inizio, l’incorporazione
di un cluster che vada ad interagire in modo stabile con la matrice consente di modulare, attraverso
la variazione dell’ammontare relativo di cluster
stesso, il grado di reticolazione, la densità del
materiale, e quindi anche proprietà meccaniche
quali, ad esempio, la rigidezza, ma anche proprietà funzionali quali le dielettriche.
In questi ultimi anni, il nostro gruppo di ricerca,
in parte in stretta collaborazione con il gruppo
del Prof. Schubert, con il quale questo lavoro di
ricerca ha mosso i suoi primi passi, ha sviluppato
varie tipologie di cluster inorganici variamente
funzionalizzati, che sono stati poi in molti casi utilizzati come precursori molecolari, strutturalmente
definiti, per la sintesi di materiali ibridi inorganiciorganici di varia natura. In particolare, per quanto
riguarda gli oxocluster, sono stati ottenuti numerosi composti polinucleari del tipo Mx(µ-O)y(µOH)w(OR)z, sia omo- che etero-metallici che si
distinguono per 9, 12-20:
1. la natura dell’atomo metallico (Zr, Hf, Ta, Ba,
Ba-Ti, Zr-Hf-Ti, Hf-Ti, Cu);
2. la nuclearità (x = 4, 6, 12);
3. la natura del gruppo funzionale OR (OR =
metacrilato [OMc], acrilato [OAc], propionato
[OPr], mercaptopropionato [OPr-SH], tiofenato
[OTiof]).
I primi stadi (reazioni di idrolisi e condensazione)
che portano alla formazione di tali composti è
stata anche indagata dal punto meccanicistico mediante raffinate tecniche di analisi quali
la spettroscopia di assorbimento di raggi X
(EXAFS) 16. Molti di questi cluster sono stati
copolimerizzati con opportuni monomeri, utilizzando sia la polimerizzazione radicalica classica
(sia termo- che foto-attivata) sia, più recentemente, la fototiol-ene polimerizzazione 9, 13-15, 17,
20-40
. In tali sintesi sono stati variati alcuni dei
parametri sperimentali coinvolti, quali la tipologia
di monomero, il tipo di cluster, il rapporto molare
oxocluster/monomero, la quantità di iniziatore, le
condizioni di polimerizzazione, come sintetizzato
in Tabella 1.
Figura 2: Schematica reazione per la formazione di materiali ibridi inorganici-organici partendo da oxocluster
inorganici funzionalizzati
rica (Fig. 2), altamente interconnessa, nella quale
i cluster sono uniformemente distribuiti ed ancorati
alla struttura organica attraverso la formazione di
legami covalenti. Il cluster agisce come centro di
reticolazione per il polimero organico, che risulta quindi rinforzato da unità inorganiche legate
in modo stabile e statisticamente distribuite nel
reticolo macromolecolare. Tuttavia, in virtù della
propria natura inorganica, il cluster può apportare
anche interessanti proprietà funzionali. Esso assolve quindi a molteplici funzioni:
1. agendo da centro di reticolazione per la matrice
polimerica che si va formando, impartisce una
maggiore stabilità strutturale e meccanica al
materiale;
2. ne modula l’interconnettività, e quindi anche
la densità, le proprietà meccaniche e reologiche;
3. consente di introdurre all’interno del materiale specie metalliche, che possono quindi
impartire all’ibrido finale proprietà funzionali
estremamente interessanti (ottiche, magnetiche, di luminescenza ecc.) e che possono
essere sfruttate per molteplici applicazioni;
4. funge da riempitivo inorganico (filler) in grado
di migliorare, in analogia con quanto accade
per i materiali nanocompositi, stabilità termica
e meccanica del materiale.
Un modello pittorico per i materiali in questione
potrebbe essere quello rappresentato in Figura
2c in cui è evidente come i cluster inorganici
polinucleari fungano da “nodi” di reticolazione
da cui si dipartono le catene polimeriche. Questo
tipo di approccio consente di evitare aggregazioni
incontrollate derivanti da un semplice mescolamento di un riempitivo inorganico all’interno di
un polimero organico, garantendo nel contempo
una dispersione omogenea del componente inorganico all’interno della matrice. L’omogeneità a
livello molecolare conferisce inoltre al materiale finale una serie di proprietà chimico-fisiche,
termiche, meccaniche, dielettriche e funzionali
diverse e, in molti casi, migliori del polimero
44
Tabella 1. Sistemi ibridi realizzati
Tipologia di
cluster
Tipologia di
monomero
Rapporto molare
cluster/monomero
Polimerizzazione
Iniziatore
Zr4O2(OMc)12
Metilmetacrilato
1:25,1:50,
1:100,1:200
radicalica fotoe termoattivata
Irgacure
184 ed 819
Zr4O2(OMc)12
Metacrilossipropil
trietossisilano
1:1,1:5,1:10,1:20
radicalica foto- e
termoattivata
Irgacure
184 ed 819
Zr4O2(OMc)12
Etilesilacrilato
1:25,1:50,
1:100,1:200
radicalica
fotoattivata
Irgacure
819
Zr4O2(OMc)12
PEGDA
5%, 10%, 15%
peso su monomero
radicalica
fotoattivata
Irgacure
819
Hf4O2(OMc)12
Metilmetacrilato
1:25,1:50,
1:100,1:200
radicalica
termoattivata
Irgacure
184
Hf4O2(OMc)12
Metacrilossipropil
trietossisilano
1:1,1:5,1:10,1:20
radicalica
fotoattivata
Irgacure
819
Ta4O4(OEt)4(OMc)4
Metilmetacrilato
1:25,1:50,
1:100,1:200
radicalica
termoattivata
Irgacure
184
Ti10Ba2O8OH5
(OMc)20(OPrOMe)2
Metilmetacrilato
1:25,1:50,
1:100,1:200
radicalica
termoattivata
Irgacure
184
Zr12O6(OH)6
(MP)30·3(MPA)
Acido metacrilico
1:88, 1:330
fototiol-ene
nessuno
Zr12O6(OH)6
(MP)30·3(MPA)
Allilpentaeritiritolo
Trimetilolpropanetris-(3mercaptopropanoato)
5%, 10%, 15%
peso su monomero
fototiol-ene
nessuno
Sono stati ottenuti sia campioni in fase massiva
che strati sottili, estesamente caratterizzati utilizzando varie metodologie analitiche, come descritto nel paragrafo 3.
4. la valutazione dell’integrità chimica e strutturale delle componenti una volta combinatesi a
dare il materiale ibrido.
In questo contesto, assumono particolare rilevanza caratteristiche dei materiali ibridi quali:
• la nanostrutturazione;
• la natura molecolare delle interazioni organico/
inorganico;
• la presenza di eterogeneità nella dinamica delle
varie componenti (esempio: distribuzione della
mobilità delle catene polimeriche in prossimità
o lontano dalla componente inorganica), le
possibili eterogeneità nella composizione chimica e, in molti casi, l’assenza di ordine a lungo
raggio, ovvero lo stato amorfo.
La caratterizzazione chimico-fisica e strutturale dei
materiali ibridi richiede quindi l’apporto di differenti tipologie di strumenti analitici che siano in grado
di fornire informazioni sulla natura chimico-fisica
a livello molecolare, e che siano altresì utili ad
investigare sia la distribuzione delle componenti
ed il loro effetto sulla composizione, sia la struttura
del materiale sulla scala dimensionale superiore a
quella dei legami chimici, ovvero a medio-lungo
raggio. In questo contesto, assume rilevanza fondamentale il ricorso a metodi anche non convenzionali di caratterizzazione. Tuttavia, la peculiare
natura di questi materiali richiede un’applicazione
oculata di metodi analitici che potrebbero rivelarsi
La caratterizzazione dei materiali ibridi
L’intrinseca complessità dei materiali ibridi, derivante dalla interazione a livello molecolare di
componenti chimicamente assai diverse, rende
conto delle differenti problematiche che possono
emergere in fase di caratterizzazione. Va infatti
evidenziato come una caratterizzazione completa di questo tipo di sistemi richieda non solo la
determinazione di caratteristiche comuni agli altri
materiali, quali la composizione chimica, la nanoo microstruttura, le proprietà strutturali (meccaniche, termiche) e funzionali (ottiche, magnetiche,
dielettriche ecc.), ma preveda anche la valutazione di ulteriori parametri caratterizzanti quali:
1. la mutua distribuzione delle componenti;
2. la natura delle interfacce e la possibile interpenetrazione delle fasi;
3. l’influenza dei rapporti molari tra componente
organica/inorganica sulle caratteristiche microstrutturali quali il grado di reticolazione e/o di condensazione della matrice e/o proprietà funzionali
correlate alla microstruttura ed alla mobilità delle
componenti (ad esempio, quelle dielettriche);
45
distruttivi per questa particolare tipologia di sistemi (ad esempio, radiazioni molto energetiche possono in alcuni casi determinare la degradazione
della parte organica del materiale).
In questi ultimi anni, i materiali ibridi sintetizzati a
Padova sono stati estesamente caratterizzati utilizzando svariate tecniche di caratterizzazione che
hanno contribuito a fornire informazioni relative a
composizione, microstruttura, natura delle interfacce polimero-cluster inorganico, distribuzione
laterale e verticale delle componenti inorganiche
nella matrice organica, dinamica delle catene
polimeriche, grado di reticolazione, proprietà meccaniche, termiche e dielettriche, come schematicamente sintetizzato in Figura 3.
struttura dell’ibrido, a sua volta ascrivibile all’azione reticolante del cluster, che reticola e quindi
modifica anche le dinamiche di rilassamento delle
catene polimeriche, determini un abbassamento,
in alcuni casi rilevante, della costante dielettrica.
Nel caso degli ibridi a base di PMMA, tale riduzione è molto rilevante e si passa da ε=3,0 (ad 1
MHz) per il PMMA puro a ε=1,9 per il PMMA con
1% molare di cluster tetranucleare di Zr. Questi
risultati mostrano come tali ibridi possano trovare
anche interessanti applicazioni nel campo della
microelettronica, ed in particolare per la realizzazione di strati dielettrici per i transistor ad effetto
di campo (FET).
4.b Materiali ibridi per rivestimenti strutturali
Il mercato dei rivestimenti per il settore edilizio è
stimato nell’ordine di grandezza di circa 10 miliardi di euro l’anno, e comprende diverse tipologie di
prodotti, dai ricoprimenti protettivi per le facciate,
ai rivestimenti per le vetrate, alle vernici per interno e per esterno. Esistono alcuni requisiti di base,
derivanti sia da considerazioni di tipo applicativo
sia dalle normative vigenti, che tali rivestimenti
devono soddisfare per questa particolare tipologia
di applicazioni, e che possono essere così schematicamente sintetizzati:
1. produzione compatibile con l’ambiente e a
basso costo, da formulazioni prive di solvente
(solvent-free) e conformi a normativa EU (riduzione composti organici volatili, VOC);
2. stabilità sul lungo periodo e resistenza agli
agenti atmosferici (specie nelle applicazioni per
esterni);
3. stabilità chimica (no lisciviazione dell’additivo,
se presente), stabilità fotochimica;
4. trasparenza (per alcune tipologie di applicazioni);
5. buona adesione al substrato;
6. repellenti allo sporco (antisoiling) ed alla contaminazione di tipo biologico (antifouling).
A questi requisiti “essenziali” si aggiunge una serie
di caratteristiche “funzionali”, in grado di apportare valore aggiunto al rivestimento. In particolare
può risultare importante che i rivestimenti siano
caratterizzati dalle seguenti caratteristiche:
1. autopulenti (self-cleaning);
2. anti-graffio (anti-scretch);
3. antistatici, anticondensa (antifog);
4. anti-graffiti;
5. resistenti alla corrosione;
6. caratterizzati da permeabilità/barriera ai gas (in
funzione dell’applicazione);
7. ulteriori proprietà funzionali (fotocatalisi, riflessione selettiva IR, fotocromismo, ecc.);
8. estetica (per esempio variazione della gamma
cromatica).
Casi studio
Di seguito vengono descritti due casi studio considerati rappresentativi dell’attività svolta in questi
ultimi cinque anni sugli ibridi, esemplificandone
le potenziali applicazioni sia funzionali che strutturali. In particolare, vengono descritti in maggior
dettaglio strati ibridi dielettrici a base acrilica o
silossanica (4.a) ed materiali ibridi a base polimetilmetacrilato recentemente sviluppati come
rivestimenti protettivi per varie tipologie di superfici (4.b).
4.a Materiali ibridi a bassa costante dielettrica per
applicazioni funzionali
Sfruttando l’approccio precedentemente descritto,
ed inglobando cluster di tantalio, afnio e zirconio
sia in matrice di PMMA sia in una matrice silossaniche organicamente modificate sono state realizzate varie tipologie di strati sottili ibridi di cui è
stata effettuata la caratterizzazione dielettrica 21, 2629
. In tutti i casi si è evidenziato come la particolare
Figura 3: Approccio multitecnica alla caratterizzazione
dei materiali ibridi.
46
Tra i materiali a base polimerica utilizzati per
la realizzazione dei rivestimenti ci sono, oltre ai
tradizionali polimeri (e loro mescole, blends), i
materiali compositi, ottenuti mediante dispersione
di opportune cariche inorganiche (fillers, compounds) in una matrice polimerica, ed i materiali
ibridi inorganico-organici.
In questo ultimo anno, nei nostri laboratori CNRISTM all’Università di Padova, ed in collaborazione
con il gruppo della Prof.ssa Di Maggio dell’Università di Trento, abbiamo sviluppato un vantaggioso
approccio alla preparazione di rivestimenti ibridi
via metodo spray-coating. In particolare è stata
ottimizzata una procedura per sviluppare rivestimenti ibridi in cui la componente organica è polimetilmetacrilato (e suoi derivati) e la componente
inorganica sono degli oxocluster a base di zirconio
funzionalizzati con gruppi metacrilati.
Figura 5: Esempi di campioni realizzati (5a) e micrografia al microscopio elettronico a scansione (SEM) di un
rivestimento realizzato su alluminio decappato (5b).
sizionalmente e morfologicamente omogenei (in
Fig. 5b è mostrata una micrografia al microscopio
elettronico, SEM).
La caratterizzazione termica e meccanica dei
materiali ha evidenziato come essi abbiano proprietà sostanzialmente superiori, in termini di
modulo elastico e di stabilità termica, rispetto agli
analoghi materiali preparati in assenza di cluster.
Vanno inoltre sottolineati alcuni aspetti legati all’intrinseca versatilità dell’approccio sintetico adottato,
sia in termini applicativi (Tab. 2) che di modulazione delle proprietà dei materiali (Tab. 3).
Tabella 2: Proprietà dei rivestimenti
Substrato
Figura 4: Approccio sintetico ai rivestimenti ibridi.
L’approccio sintetico adottato, schematizzato in
Fig. 4, può essere suddiviso in due fasi:
1. preparazione della formulazione costituita da
cluster, monomero e iniziatore fotochimica
(Fig. 2);
2. spruzzamento (spray-coating) della soluzione
sul substrato ed esposizione a luce UV, con
conseguente fotopolimerizzazione della matrice
polimerica (Fig. 4).
La polimerizzazione avviene in operando, ovvero
contestualmente alla fase di deposizione, e questo
ha dimostrato essere un fattore importante nella
qualità dei rivestimenti ottenuti. Con tale modus
operandi sono stati ottenuti e caratterizzati rivestimenti su varie tipologie di substrati: alluminio
anodizzato, leghe di alluminio (AA1050, AA6060,
AA2024), acciaio, ceramica, legno, polimetilmetacrilato, polietilene, materiali lapidei. I rivestimenti
ottenuti, alcuni dei quali sono mostrati in Figura 5,
sono trasparenti, ben adesi al substrato, compo-
Proprietà
Legno
Durezza, resistenza al graffio, resistenza agli agenti atmosferici, ritardante di
fiamma.
Metalli
Durezza, resistenza al graffio, resistenza
all’ambiente atmosferico, resistenza alla
corrosione.
Materiali lapidei
Resistenza agli acidi, resistena al graffio,
resistenza all’ambiente atmosferico.
Materiali plastici
Durezza, resistenza al graffio, resistenza
all’ambiente atmosferico, ritardante di
fiamma.
Tabella 3: Effetto dei parametri sperimentali sul materiale finale.
47
Parametro
sperimentale
Effetto sul
materiale
Peculiarità
Tipo di
monomero
Proprietà meccaniche
e stabilità termica del
materiale ibrido inorganico-organico
Modulazione
delle
proprietà meccaniche e termiche del
materiale finale
Rapporto
molare cluster
– monomero
Varizione del grado Modulazione dell’indi reticolazione
terconnetività e della
microsctruttura del
materiale finale
Quantità di fotoiniziatore
Lunghezza delle catene polimeriche
Modulazione
delle
proprietà meccaniche
È in corso la valutazione della fotostabilità di questi
materiali, delle loro caratteristiche di adesione e delle
loro potenziali proprietà come anticorrosione. Nella
prospettiva di un utilizzo su scala industriale di questi rivestimenti, si menzionano i principali vantaggi
rispetto ad altri approcci attualmente utilizzati:
• tecnologia basata su fotopolimerizzazione UV e
spray coating → praticità nella deposizione dei
rivestimenti;
• tecnologia applicabile/estendibile a vari ambiti
produttivi;
• procedura riproducibile, a basso impatto ecologico senza utilizzo di solventi (riduzione VOC,
conforme a norme EU), basso consumo energetico;
• versatilità del metodo → modularità → facile
implementazione;
• flessibilità per diversi substrati;
• sintesi basata su soluzioni e reagenti a basso
costo e facilmente reperibili, e su attrezzatura
convenzionale, facilmente scalabile e con limitata necessità di manutenzione.
Gli autori ringraziano inoltre la Prof.ssa R. Di
Maggio (Università di Trento), il Prof. U. Schubert
(Technische Universität Wien, Vienna, Austria),
il Prof. A. Priola ed il Dott. M. Sangermano
(Politecnico di Torino), il Prof. V. di Noto (Università
di Padova), il Prof. K. Müller e il Prof. H. Bertagnolli
(Universität Stuttgart), e tutti i loro collaboratori,
per la proficua collaborazione scientifica su queste
tematiche. Sono altresì molto riconoscenti al gruppo del Prof. E. Tondello per le eccellenti condizioni
di lavoro e di ricerca nei laboratori del Dipartimento
di Scienze Chimiche dell’Università di Padova. F.G.
ringrazia l’Università di Trento per il finanziamento di una borsa di studio. S.G. ringrazia i dottori
F. Faccini, S. Mascotto, A. Zattin e D. Camozzo
per l’importante contributo apportato al lavoro nel
campo dei materiali ibridi in questi ultimi anni.
Bibliografia
1
2
3
5. Conclusioni
I materiali ibridi inorganici-organici rappresentano un’opportunità di sviluppo molto interessante
e stimolante in vari campi applicativi, ed offrono
potenzialità molto ampie, seppure tuttora in gran
parte inesplorate. In particolare, la loro intrinseca
versatilità ed uno spettro estremamente ampio
di possibili composizioni, morfologie, protocolli
di sintesi, dilatano enormemente le loro potenzialità applicative in un campo in cui l’attenta
ottimizzazione di caratteristiche quali l’interazione
con l’ambiente circostante, la coesistenza di varie
funzionalità, la modulazione delle proprietà morfologiche, meccaniche e strutturali sono cardini di
sviluppo più importanti. Seppure ovviamente non
esaustivo ed onnicomprensivo, questo contributo
era finalizzato a fornire una panoramica generale
sui materiali ibridi inorganici-organici, sulle loro
principali caratteristiche, sulle loro attuali e future
applicazioni. Obiettivo correlato era anche quello
di evidenziare come uno sviluppo consapevole e
ragionato di questo peculiare tipo di materiali esiga
l’interazione, lo scambio conoscitivo, il dialogo,
l’intersezione tra discipline anche molto diverse,
eppure in questo contesto fortemente complementari: la chimica, la fisica, la medicina, la biologia, la
scienza e l’ ingegneria dei materiali.
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14
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Ringraziamenti
Gli autori desiderano dedicare questo contributo a
Giovanni Graziola, padre di F.G.
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Polimeri e…Società
La Terza Missione
dell’Università
di Pietro Greco
Abbiamo chiesto a Pietro Greco, chimico, di parlarci dell’importanza, nella società contemporanea, della comunicazione della scienza, con
particolare riferimento alla chimica, che continua ad attraversare una stagione di complessi rapporti con la società civile. Pietro Greco,
chimico con curriculum macromolecolare svolto presso l’ICTP del CNR di Pozzuoli, è docente di Giornalismo Scientifico e direttore del
Master in Comunicazione della Scienza presso il SISSA di Trieste. Autore di numerosi testi sulla divulgazione scientifica, collaboratore di
Radio Rai, è alla guida della rivista on line JCOM-Journal of Science Communication. È attualmente Consigliere del Ministro dell’Università e della Ricerca, on. Fabio Mussi.
Lo ringraziamo del contributo, che apre scenari interessanti sul ruolo della comunicazione della scienza nella società contemporanea.
Mario Malinconico
I
n Gran Bretagna la chiamano Third Stream, terzo
flusso. Negli Stati Uniti è nota, da un paio di decenni,
come Third Mission, terza missione. In Danimarca è,
da qualche anno, prevista e regolata da una legge dello
stato. L’università deve darsi un terzo compito – una
terza missione, appunto – insieme ai due canonici della
formazione e della ricerca. Questa terza missione è
(deve essere) la comunicazione pubblica. La diffusione,
fuori dalle sue mura, delle conoscenze prodotte. Il social
networking, la costruzione di reti sempre più fitte di
relazioni con il mondo là fuori, della politica, dell’economia, della società civile.
La necessità nasce dal fatto che viviamo, ormai, nella
“società della conoscenza” e che lo sviluppo culturale
ed economico di ogni comunità a livello locale, nazionale e globale ha bisogno di essere alimentato con
continuità da nuove conoscenze. Se non c’è questa
immissione continua lo sviluppo dell’intera società ne è
frenato, se non bloccato. La domanda sociale è rivolta
ai luoghi dove la nuova conoscenza viene prodotta. E
poiché le università sono i luoghi primari di formazione
e di produzione delle nuove conoscenze, è a loro in
primo luogo che «la società della conoscenza» chiede
di essere alimentata.
Questa necessità nasce mentre l’università vive una
crisi strutturale, di lungo periodo, che coinvolge gli
atenei di tutto il nostro continente e forse dell’intero
mondo occidentale. La crisi del modello ottocentesco
di università. Che è poi parte della crisi che vive l’intera
società industriale, così come si è venuta sviluppando
nell’Ottocento. Una società fondata sulla produzione,
industriale appunto, di beni materiali e sull’idea di stato
nazionale. In cui all’università era assegnata la specifica
funzione di formare i tecnici e le classi dirigenti, tutto
sommato ristrette di numero, di cui avevano bisogno il
sistema produttivo e la nazione. Con un sapere, sempre
più diviso in ambiti disciplinari ben definiti, e una scienza
che ancora non avevano conosciuto Kurt Gödel e la crisi
dei fondamenti in matematica e ancora non avevano
conosciuto la nuova rivoluzione fisica con la meccanica relativistica di Albert Einstein e, soprattutto con la
meccanica quantistica nell’interpretazione “non realista”
di Niels Bohr, di Max Born e di Werner Heisenberg che
hanno imposto un ripensamento profondo del concetto
di certezza anche nello studio della realtà fisica.
Era, quella ottocentesca, un’università che non aveva
conosciuto neppure il “pluralismo dei valori” che oggi
caratterizza la nostra società e la nostra cultura. Era
un’università “per maschi” e non ancora aperta alle
donne. Era “un’università per pochi” e non ancora
“un’università per molti”. Era un’università superba,
lontana dalla società.
Da qualche tempo la richiesta sempre più pressante
è che l’università ottocentesca, immersa ormai in una
società diversa, cambi definitivamente. E dal modello chiuso e statico cui ha aderito nel XIX secolo, per
soddisfare i bisogni di formazione di tecnici e di classe
dirigente per la società industriale fondata sulla produzione di beni materiali, aderisca a un modello aperto ed
evolutivo, per soddisfare i bisogni della società fondata
sulla conoscenza e la produzione di beni immateriali.
Per un certo tempo questa domanda sociale è stata inter-
50
Alcuni tra i più noti Dipartimenti e Centri di studi su scienza e
University of Liverpool, Faculty of Social and Environmental
società nel mondo
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http://www.liv.ac.uk/SES
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http://www.unimaas.nl/default.asp?template=werkveld.htm&id
Nottingham
=S10261W77AOVT05HA160&taal=en
http://www.nottingham.ac.uk/igbis/
Sociology Department, Goldsmiths College London
Science and Technology Studies, University College London
http://www.goldsmiths.ac.uk/departments/sociology/
http://www.ucl.ac.uk/sts/
Science and Technology Studies Unit (SATSU), York University
Centre For The Study Of Knowledge Expertise Science, Cardiff
http://www.york.ac.uk/org/satsu/
University
University of Utrecht, Department of STS
Centre for Science Studies, Lancaster University
http://www.chem.uu.nl/nws/www/welcome.htm
http://www.lancs.ac.uk/fass/centres/css/
Program in Science, Technology, and Society, MIT (USA)
Science Studies Unit, Edinburgh
http://web.mit.edu/sts
http://www.ssu.sps.ed.ac.uk/
Science and Technology Studies, Rensselaer Polytechnic Institute
Science and Technology Studies, Göteborg University
(USA)
http://www.sts.gu.se/
http://www.rpi.edu/dept/sts
Centre for Studies of Science, Technology and Society, Twente
Science, Technology and Society, Stanford University (USA)
http://www.bbt.utwente.nl/kennisinst/cssts
http://www.stanford.edu/group/STS/
Institut für Wissenschafts- und Technikforschung, Universität
Science & Technology Studies, Cornell University (USA)
Bielefeld (Germany)
http://www.sts.cornell.edu
http://www.uni-bielefeld.de/iwt
Center for Applied Ethics, Faculty of Graduate Studies, University
Institut de Recherches Interdisciplinaires sur les Sciences et la
of British Columbia, Vancouver (Canada)
Technologie, Université Luis Pasteur, Strasbourg (France)
http://www.ethics.ubc.ca
http://irist.u-strasbg.fr/
Program for Science Research, University Basel
Centre Sociologie de l’Innovation, Ecole des Mines, Paris (France)
http://pages.unibas.ch/wissen/
http://www.csi.ensmp.fr/
Collegium Helveticum ETH Zürich
Centre for STS Studies, University of Aarhus (Danmark)
http://www.collegium.ethz.ch
http://imv.au.dk/sts/front.php
Centre for Technology, Innovation and Culture, University of Oslo
Department of Science and Technology Studies, University of Wien
http://www.tik.uio.no/indexeng.html
http://www.univie.ac.at/virusss/
pretata in termini molto riduttivi, di semplice “trasferimento delle conoscenze” dalle università alle imprese. In Gran
Bretagna, per esempio, il governo favorisce da tempo la
Terza Missione delle sue università proprio attraverso una
serie di iniziative di «trasferimento delle conoscenze» che
includono lo Higher Education Innovation Fund, la Higher
Education Reachout to Business and the Community
Initiative, lo University Challenge, lo Science Enterprise
Challenge. Negli Stati Uniti da almeno un quarto di secolo esistono leggi, come il Bayh-Dole Act, che stimolano
l’università non solo a trasferire conoscenze alle imprese,
ma – attraverso la valorizzazione e protezione della proprietà intellettuale – a diventare essa stessa impresa: a
interpretare se stessa come entrepreneurial university,
come università imprenditrice.
In Italia non esiste l’università imprenditrice, ma dal
novembre 2002 esiste un “Network per la valorizzazione della ricerca universitaria” che coordina decine di
atenei di tutto il paese nel tentativo di trasferire conoscenza alle nostre imprese, così poco votate alla ricerca
e così poco consapevoli dell’era in cui siamo entrati.
Ebbene, questa attività da sola non basta per entrare
nella “società della conoscenza”. È troppo riduttiva.
È troppo economicista. Lo sostiene il Russell Group,
un centro che coordina i due terzi delle università del
Regno Unito, sulla base di una documentata indagine.
Se il rapporto tra università e società non viene interpretato in una prospettiva molto più ampia e olistica,
non solo l’ingresso nell’“era della conoscenza” si allontana, ma persino il trasferimento strumentale di conoscenze alle imprese ne viene minato e perde efficacia.
Insomma, sostiene il Russell Group, per entrare nella
“società della conoscenza” occorre un dialogo fitto e a
tutto campo che promuova uno sviluppo complessivo
– culturale ed economico – dell’intera società.
In cosa deve consistere, questo dialogo? Dovessimo
riassumerlo in una frase, potremmo dire: nella costruzione della cittadinanza scientifica. Che significa maggiore consapevolezza dei cittadini intorno ai temi della
ricerca scientifica e dello sviluppo tecnologico e maggiore partecipazione alle scelte tecniche e scientifiche,
ivi incluse quelle ambientali e quelle “eticamente sensibili”. Ma significa anche maggiore democrazia economica. Se i saperi sono ormai la leva principale per la
crescita economica, costruire la cittadinanza scientifica
significa (anche) fare in modo che la conoscenza non
diventi un fattore di nuova esclusione sociale, ma un
fattore attivo di inclusione sociale.
51
In pratica significa che nell’aprirsi l’università si proponga come una “nuova agorà”, una delle piazze della
democrazia partecipativa (dove i cittadini si riuniscono
per documentarsi, discutere e decidere) e della democrazia economica (dove non solo le grandi imprese
attingono conoscenza per l’innovazione, ma i cittadini
tutti acquisiscono i saperi necessari per il loro benessere, per la loro integrazione sociale, persino per una
imprenditorialità dal basso).
Questo dialogo fitto e a tutto campo tra università
e società non è un’aspirazione astratta. E neppure
futuribile. Sta andando avanti, sia pure per prova ed
errore. E ha assunto aspetti concreti non solo in Gran
Bretagna o negli Usa. In Danimarca, come abbiamo
detto, la Terza Missione dell’università è stata stabilita
per legge. In Francia ci sono importanti iniziative sulla
comunicazione pubblica della scienza. E anche nei
paesi scientificamente emergenti come Cina, India e, di
recente, Sud Africa molto impegno e molte risorse sono
dedicate alla diffusione delle conoscenze e al rapporto
tra “scienza e società”.
Un po’ ovunque il tentativo consiste nel fatto che le università cercano di aprirsi alla società – senza rinunciare
al compito canonico dell’alta formazione e della ricerca
scientifica – superando l’ambito, riduttivo, del trasferimento di conoscenze per l’innovazione tecnologica e
costituendo «reti sociali» con associazioni, centri culturali, enti locali, cittadini, lavoratori, imprese (piccole,
medie e grandi).
Nel fare tutto questo da un lato promuovono la nascita
di un’intera costellazione di nuovi attori culturali, che
si interfacciano con la società, e dall’altra sviluppano
nuova conoscenza intorno ai rapporti scienza e società,
con appositi centri interdisciplinari di ricerca.
In Italia c’è una domanda sociale ridotta di conoscenza.
Ma c’è anche un’offerta insufficiente. Le università non
sono ancora attrezzate per la Terza Missione. Occorre
farlo. Perché l’università aperta è uno dei passaggi
obbligati per entrare nella società della conoscenza. E
per costruire una piena cittadinanza scientifica.
La domanda sociale in questa direzione è molto forte. O
viene soddisfatta dalle università, oppure troverà altre
fonti e altre forme. È già avvenuto, in passato. Tra il
Cinquecento e il Seicento la società in transizione dal
Medio Evo all’età moderna chiedeva un nuovo rapporto con la tecnologia e con la conoscenza della natura.
L’università non colse quella domanda. Non seppe
soddisfarla. E la rivoluzione scientifica si consumò fuori
dagli atenei, nelle Accademie.
Due recenti esempi italiani di costruzione di reti tra
mondo della ricerca e società civile riguardano proprio
la chimica. Lo scorso 18 giugno la Piattaforma Italiana
sulla Chimica Sostenibile IT-SusChem – che riunisce
oltre 150 associazioni, industrie, università ed enti di
ricerca interessati a vario titolo alla chimica – ha sottoscritto un accordo con la Regione Piemonte per la promozione del Distretto Tecnologico Piemontese per la
Chimica Sostenibile con l’obiettivo di favorire lo sviluppo di prodotti e processi chimici nel rispetto per l’ambiente e per la salute umana, con una forte attenzione
all’uso razionale delle risorse e, soprattutto, per favorire
l’innovazione nell’industria italiana grazie alla sinergia
tra partner pubblici, partner privati e la società.
Pochi mesi prima, il 7 febbraio 2007, la Società Chimica
Italiana e il WWF Italia hanno firmato un accordo ufficiale – testimone Piero Angela, il volto della comunicazione della scienza in Italia e ideale rappresentante
dei cittadini tutti – per perseguire insieme sia l’obiettivo
di diffondere una “corretta conoscenza scientifica sulla
chimica e le sue dimensioni ambientali” sia l’obiettivo
di diffondere le “conoscenze della chimica utili a discutere, affrontare ed auspicabilmente risolvere problematiche ambientali e della salute umana”.
Gli accordi della Società Chimica Italiana con un
gruppo ambientalista, il WWF, e della Piattaforma
Italiana sulla Chimica Sostenibile IT-SusChem con
un’istituzione pubblica, la Regione Piemonte, sono due
esempi recenti non solo di una nuova alleanza, per
usare le parole di Ilya Prigogine, tra chimica e società, ma anche due esempi concreti proprio di social
networking: della costruzione spontanea della cittadinanza scientifica attraverso reti di relazioni sempre più
fitte tra scienza, politica, economia e società civile che
caratterizza, ormai, e alimenta l’“era della conoscenza”,
contribuendo a renderla socialmente ed ecologicamente sostenibile.
Bibliografia
5
1
2
3
4
Documento gruppo interministeriale per la diffusione
della cultura scientifica e tecnologica, 2007. http://www.
pubblica.istruzione.it/argomenti/gst/allegati/documento_di_lavoro_.pdf
J. Molas-Gallart et al., Measuring Third Stream Activities,
Final Report to the Russell Group of Universities, 2002
Act on University, no. 403 del 28 maggio 2003, http://
videnskabsministeriet.dk/site/frontpage/acts/act-onuniversities
J. Pradal, La vulgarisation des sciences par l’écrit:
Méthodes et moyens utilisés dans les Etats membres
du C.C.C., Rapport au Conseil de l’Europe, Strasbourg,
1968.
6
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52
W. Bodmer, The Public Understanding of Science, Report
– Council of Royal Society, London, 1985.
V. Ehlers, Unlocking Our Future; Toward a New National
Science Policy, House Commitee on Science, Report
to the Congress of the United States of America,
Washington, 1998.
P. Galluzzi, Rapporto sulla diffusione della cultura tecnico-scientifica in Italia, Rapporto del Gruppo di lavoro
per la diffusione della cultura tecnico-scientifica, Roma,
1997.
ENSCOT: The European Network of Science
Communication Teachers. Informazioni a riguardo si
possono trovare in rete all’indirizzo http://www.enscot.
eu.com/, 2007
Recensioni
Vernici:
materiali tecnologie proprietà
curato da Stefano Turri e pubblicato dalla CEA Edizioni di Milano
L’
obiettivo di questo libro è quello di creare un
ponte tra le esigenze del mondo industriale
dei prodotti vernicianti e le competenze
disponibili a livello accademico nazionale. Il libro,
unico nel suo genere tra quelli scritti in lingua italiana, potrà essere proficuamente utilizzato dai tecnici
operanti nell’industria soprattutto per la comprensione degli aspetti conoscitivi fondamentali, e per
lo sviluppo di nuovi prodotti e tecnologie.
Il volume si apre con una analisi tecnico-economica dell’industria italiana dei prodotti vernicianti,
cui seguono dodici capitoli che coprono i diversi
aspetti della chimica, della tecnologia e della
caratterizzazione di pitture e vernici, sia tradizionali a solvente, che a base acquosa o in polvere.
Dopo una introduzione sugli aspetti di base della
chimica e della fisica dei materiali polimerici, i primi
capitoli affrontano la descrizione delle principali
famiglie di leganti, la loro formulabilità a solvente e
a base acqua, e la loro reattività in reticolazione.
Il complesso problema di formulazione delle pitture
viene spiegato non presentando un semplice elenco
di ricette, ma piuttosto sviluppando un percorso
razionale di scelta e selezione delle materie prime
(leganti, solventi, pigmenti, additivi) e di come queste possono essere tra loro combinate.
Sono
quindi
descritti in dettaglio i meccanismi di formazione del film di
vernice e i parametri che determinano la stesura del formulato
sul substrato, la
sua adesione, ed
il suo indurimento. In particolare
un capitolo è dedicato al tema delle proprietà reologiche dei prodotti vernicianti con presentazione
delle tecniche di misura, dalle più semplici alle più
complesse. Questi aspetti sono ripresi in uno dei
capitoli finali alla luce delle correlazioni esistenti
con le principali tecnologie di applicazione.
Per l’importanza che le superfici rivestono nell’ambito della tecnologia delle vernici, questo
argomento è affrontato in maniera specifica sia dal
punto di vista della fenomenologia pratica, che dei
principi chimico-fisici.
Una serie di capitoli si occupa anche delle proprietà
delle pitture e vernici, trattando separatamente le
caratteristiche estetico-funzionali e quelle fisicomeccaniche. Un particolare rilievo è dato all’applicazione dei prodotti vernicianti come rivestimenti
protettivi dalla corrosione di substrati metallici, e
al problema della durabilità della vernice esposta
all’esterno o ad ambienti aggressivi.
Infine, in tutto il testo si trovano ampi riferimenti a
molti aspetti innovativi nel settore, come ad esempio l’uso delle resine fluoropolimeriche, dei sistemi
fotoreticolabili e di tecnologie speciali di applicazione (fluidi supercritici, elettrodeposizione e applicazione per via elettrostatica delle polveri). Molto
utile è anche il glossario finale sulle terminologie
tecniche (inglesi e italiane) adottate nel settore.
Non si tratta quindi di un semplice manuale tecnico. Ciascun capitolo del libro è consultabile
separatamente, e per tutti i capitoli viene proposto
un doppio livello di lettura, con riquadri che contengono approfondimenti quantitativi la cui lettura non è però essenziale alla comprensione del
testo. Questa caratteristica rende il volume idoneo
anche all’utilizzo come testo didattico da parte di
studenti o giovani laureati in ingegneria industriale
e scienze chimiche.
Aldo Priola, Politecnico di Torino
53
I Congressi svolti
XXVIII Convegno-Scuola AIM
Materiali
polimerici ibridi e
nanostrutturati
Gargnano, Lago di Garda (BS), 30 aprile-4 maggio 2007
Abbiamo anche quest’anno ‘archiviato’ la Scuola AIM Mario Farina con soddisfazione!
Aggiungo con sollievo, visto che si trattava della mia prima esperienza come coordinatrice. Lascio quindi i commenti a due partecipanti, premettendovi solo alcuni dati statistici e due parole sugli impegni
per i prossimi anni.
Roberta Bongiovanni
La voce del Direttore
La Scuola ha visto la partecipazione di 75 persone, provenienti da quasi tutte le regioni Italiane; il gruppone era quasi pariteticamente diviso in quote rosa e quote azzurre e, cosa abbastanza interessante,
contava 23 ricercatori dall’industria (anche aziende medio-piccole).
Si è trattato di una Scuola piuttosto grossa anche in termini di numero di lezioni (ben 31 interventi!)
e ciò ha comportato un impegno su tutta la settimana, da mattina a sera, escludendo la parentesi di
Macrogiovani nel martedì pomeriggio. Una novità è stato l’inserimento di un relatore straniero, il Prof. T.
Pinnavaia (Michigan State University) appositamente invitato a Gargnano.
LA SCUOLA 2007 IN CIFRE
Lezioni tenute
31
Partecipanti totali
75(36 M e 39 F)
Partecipanti da industrie
23
Borse di studio assegnate
25
Contributi per spese di viaggio assegnati
10
Con il sostegno del Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali
(INSTM) sono state erogate 25 borse di studio per la partecipazione alla Scuola e 10 contributi a copertura delle spese di viaggio. Anche un paio di aziende ci hanno aiutato e si sono dichiarate disponibili per
il futuro: Leyca Microsystems e Belotti Strumenti.
Oltre a citare e ringraziare questi sponsors, devo esprimere a lettere maiuscole LA RICONOSCENZA che
io e tutta AIM deve a tutti gli oratori (lo squadrone dei 31!): hanno dedicato gratuitamente molto impegno
alla Scuola, perché si esige sempre, oltre alla presentazione, uno scritto completo della loro lezione. Ciò
permette di redigere il libro della Scuola, quest’anno un altro bel volume corposo, curato come sempre
da M. Aglietto, distribuito a tutti i partecipanti e in vendita a chi non sia potuto essere presente. Alla carta
si affianca anche quest’anno il CD dei seminari, inviato a tutti i presenti.
Per il 2008 tira aria diversa… intendo per l’argomento… Si affronterà la tematica del riciclo, che assicurerà senz’altro ampia partecipazione, magari anche da parte di ricercatori ‘più maturi’. Per il momento la
lanciamo con il titolo ‘Nuova vita per i polimeri’: cominciate a far passare la voce!!
Ah, dimenticavo… lunga vita alla Scuola.
Roberta Bongiovanni
54
La voce ai partecipanti
Il Convegno-Scuola AIM M. Farina tenutosi a Gargnano dal 30 aprile al 4 maggio dal titolo “Materiali
polimerici ibridi e nanostrutturati” è stata una “grande occasione” per tutti: sia per i professori che per i
ricercatori provenienti dal mondo industriale, che per i dottorandi e i laureandi.
I recenti sviluppi delle tecnologie hanno permesso di studiare la materia a livello atomico, dischiudendo
quindi territori di multidisciplinarietà. Per poter competere in questi ambiti, risulta quindi fondamentale
una conoscenza derivante da diverse discipline e legata ad un efficace dialogo.
In quest’ottica, il Convegno-Scuola di Gargnano ha
realizzato al meglio il ruolo di “Scuola”, offrendo la
possibilità di approfondire lo studio e la ricerca
della scienza dei polimeri nanostrutturati. Nell’arco
dell’intera settimana infatti, sono stati affrontati
molteplici argomenti, spaziando dalla sintesi di
materiali polimerici nanostrutturati ottenuti sia con
approccio top-down che bottom-up, alle tecniche
analitiche idonee a caratterizzare e studiare le
nanostrutture dei nuovi materiali.
Dall’altro lato il ruolo di “Convegno” è stato realizzato offendo la possibilità ai partecipanti di discutere con i relatori sia delle tematiche affrontate durante
le lezioni, sia dei rispettivi ambiti di ricerca, al fine di promuovere la creazione di networks tra realtà
scientifiche diverse. A tale proposito la giornata dedicata a “Macrogiovani” ha fornito la possibilità ai
giovani ricercatori di presentare i propri lavori, favorendo il dibattito all’interno della Scuola.
Se si considera il Convegno-Scuola in questo duplice ruolo allora di certo può essere considerata una
“grande occasione” sia per l’approfondimento nel settore della scienza dei polimeri che per la creazione
di nuovi collaborazioni tra realtà scientifiche diverse.
Francesco Graziola
Università degli Studi di Padova
Il XXVIII convegno-scuola AIM 2007 tenutosi a Gargnano dal 30 aprile al 4 maggio ha affrontato il tema
dei materiali polimerici ibridi e nanostrutturati. Nella splendida cornice di Palazzo Feltrinelli la partecipazione attiva e numerosa di docenti universitari e ricercatori accademici e industriali, oltre che di giovani
dottorandi, assegnisti e borsisti ha permesso la riuscita e il successo dell’iniziativa. Venendo incontro alle
attuali esigenze della ricerca che ha previsto diversi finanziamenti per progetti legati alle nanotecnologie,
l’argomento trattato è stato esposto in modo completo e multidisciplinare. Gli interventi dei primi giorni
della scuola sono stati dedicati alla descrizione delle diverse tipologie di nanocariche e alla formazione
di sistemi ibridi, sia di tipo “bottom up”, in cui la fase inorganica è creata in situ all’interno della matrice organica, sia di tipo “top down”, ottenuti per aggiunta di cariche inorganiche. Accanto all’approccio
teorico sono state ampiamente discusse le tecniche sperimentali di caratterizzazione ed è, inoltre, stato
introdotto il ruolo della modellistica nella comprensione dei sistemi nanostrutturati. E’ poi stato dato
spazio a relazioni riguardanti le interessanti applicazioni di alcuni sistemi nanocompositi. A complemento
di ciò si è, infine, discusso sul problema della sicurezza legato all’utilizzo di materiali dalle dimensioni
nanometriche. Accanto all’aspetto scientifico va sottolineata la grande disponibilità che ciascun relatore
ha dimostrato nei confronti dei partecipanti, incoraggiando colloqui individuali e approfondimenti durante le giornate della scuola.
Il pomeriggio di martedì 1 maggio è stato dedicato ai giovani nella sezione Macrogiovani 2007. Un consistente numero di dottorandi, borsisti e assegnisti ha partecipato attivamente presentando i loro lavori con
una breve relazione. In tal modo è stato favorito il dibattito e lo scambio scientifico fra giovani provenienti da
contesti diversi, sia lavorativi che geografici, ponendo anche le basi per eventuali future collaborazioni.
La consueta cena “Cheese and Wine” è stata una parentesi di svago che ha favorito la socializzazione fra
i partecipanti contribuendo a creare nuove amicizie e scambi culturali.
Queste giornate di studio hanno confermato l’importanza di iniziative che possano favorire il confronto
diretto fra studenti, ricercatori e docenti operanti in contesti diversi e si auspica che le prossime edizioni
della scuola-convegno siano numerose ed altrettanto interessanti.
Roberta Peila
Politecnico di Torino
55
MACROGIOVANI 2007
GIORNATE DI DISCUSSIONE
SU PROGETTI DI RICERCA
MACROMOLECOLARE
Palazzo Feltrinelli, Gargnano (Brescia), 1 maggio 2007
di Silvia Vicini, Elisabetta Princi, Simona Losio, Sabrina Carroccio, Luciano Falqui
C
ome ogni anno, nella splendida cornice di
Palazzo Feltrinelli si è svolta la giornata
dedicata ai giovani macromolecolari italiani. In realtà quest’anno una piacevole novità è
stata la partecipazione di dottorandi spagnoli che
hanno dato un tocco di internazionalità all’evento.
Come noto, nell’AIM batte un cuore giovane, e
ne sono conferma le diverse iniziative organizzate
per promuovere incontri fra giovani ricercatori nel
campo delle macromolecole e in particolar modo,
Macrogiovani che ne costituisce l’evento cardine.
Obiettivo dell’incontro è quello di promuovere un
dibattito e favorire lo scambio culturale fra giovani, provenienti da contesti lavorativi e geografici
diversi, operanti nel settore dei polimeri, avendo
come base le ricerche che, a diverso titolo, essi
conducono nelle università, nel CNR o nell’industria. Protagonisti della giornata sono quindi
giovani tecnici, neolaureati, dottorandi, specializzandi, assegnisti di ricerca, borsisti e laureandi,
che hanno avuto modo di scambiarsi le proprie
esperienze e di discutere i temi scientifici dei propri studi.
A tal fine è stata prevista una sessione poster
allestita per tutta la durata della XXVIII Scuola “M.
Farina”. In questo modo i ventidue Macrogiovani
2007 hanno potuto presentare i propri lavori,
dando anche modo a tutti i partecipanti della
Scuola di poter visionare i loro contributi scientifici. Martedì 1 Maggio dalle ore 15,00 alle 19,30
ciascun relatore ha presentato le tematiche su cui
lavora ed i risultati più importanti della propria
ricerca, con un breve intervento orale della durata
di circa 10 minuti. I partecipanti provenivano da
università o centri CNR, questo ha messo ancora
una volta in evidenza come sia difficile coinvolgere
i giovani che lavorano in una realtà industriale in
eventi di questo tipo. Un particolare ringraziamento va a tutti i ragazzi che, mentre al di fuori
dell’aula si respirava aria di festa, sono rimasti ad
ascoltare entusiasti e interessati tutte le relazioni.
Gli argomenti trattati vertevano soprattutto su i
materiali ibridi e nanostrutturati, argomento del
Convegno Scuola di quest’anno. L’omogeneità dei
contributi presentati ha reso possibile un vivace
confronto tra gli oratori, che in alcuni casi, a causa
dei tempi strettissimi per il dibattito, è continuato
fuori dall’aula. Durante le esposizioni, ha avuto
luogo un breve sondaggio su come presentare i
poster: autore è chi presenta o tutto il gruppo di
ricerca?
Il 65% dei partecipanti preferisce presentare tutti
gli autori del lavoro. Il resto, ha risposto con
indecisione e solo pochi hanno preferito la scelta
dell’autore unico. La giornata ha prodotto un testo
contenente tutti gli abstract che è stato distribuito
ai partecipanti. Quest’anno a differenza delle scorse edizioni, il Consiglio Direttivo di AIM ha deciso
di premiare il miglior poster presentato, in termini
di qualità scientifica e chiarezza espositiva. La
scelta è stata particolarmente difficile dato che la
maggior parte dei poster possedevano i requisiti
richiesti dal comitato scientifico. Anche le relazioni presentate sono state particolarmente interessanti e ben organizzate sia a livello espositivo
che di tempi. Il premio assegnato, ha sicuramente
superato le aspettative del vincitore dott. Fabio
Paris, trattandosi dell’iscrizione gratuita al XVIII
Convegno Italiano di Scienza e Tecnologia delle
Macromolecole che, si terra a Catania dal 16 al 20
Settembre 2007. A conclusione della giornata, il
Presidente dell’AIM Prof. Pirozzi, è intervenuto per
salutare i partecipanti, ringraziarli e assegnare il
premio (foto a pag. 56).
56
L’ottima riuscita dell’iniziativa è stata resa possibile non solo dalla brillante adesione dei partecipanti, ma anche dalla capacità organizzativa del
Consiglio Direttivo dell’AIM, (Beniamino Pirozzi,
Università, Napoli; Riccardo Pò, Polimeri Europa,
Ist. Donegani, Novara; Maurizio Galimberti,
Consulente Industriale, Milano; Daniele Caretti,
Università, Bologna; Silvia Destri, ISMAC-CNR,
Sez. di Milano; Concetto Puglisi, ICTP-CNR, Sez.
di Catania; Piero Sozzani, Università, Milano);
dalla Commisione Giovani dell’AIM (Loris Giorgini,
Università, Bologna; Silvia Vicini, Università,
Genova; Elisabetta Princi, Università, Genova;
Sabrina Carroccio, CNR, Catania; Luciano Falqui,
Sicarb, Siracusa; Simona Losio, CNR, Milano);
dal Prof. Mauro Aglietto dell’Università di Pisa,
segretario amministrativo e responsabile editoriale
dell’AIM e dal Prof. Enrico Pedemonte dell’Università di Genova e Prof.ssa Roberta Bongiovanni del
Politecnico di Torino, responsabili dei ConvegniScuola AIM.
Grazie al successo delle ultime edizioni di
Macrogiovani, il Direttivo ha deciso di assegnare
all’evento una intera giornata. Ciò darà modo
ai partecipanti di poter gestire più spazio per gli
interventi, ma soprattutto per favorire la reciproca conoscenza tra loro, e per rendere possibile
lo sviluppo di collaborazioni proficue per coloro
che lavorano in un settore dinamico quale quello delle macromolecole. Così vuole lo spirito di
Macrogiovani, e allora appuntamento al prossimo
anno!!!!
La premiazione da parte del Presidente dell’AIM, Beniamino Pirozzi, a Fabio Paris, vincitore di Macrogiovani 2007.
57
European Polymer Federation (EPF)
Europolymer Conference 2007 (EUPOC 2007)
From Polymer Structure and
Rheology to Process Modelling
Palazzo Feltrinelli, Gargnano, Lago di Garda (Brescia), 27 May-1 June, 2007
di Dino Ferri, Paolo Lomellini, Michele Laus
S
i è svolta a Gargnano (BS) dal 27 maggio
al 1 giugno, l’European Polymer Conference
2007 (EUPOC 2007) dell’European Polymer
Federation (EPF) dal titolo “Form Polymer
Structure and Rheology to Process Modeling”. Il
Convegno è stato organizzato dal Dipartimento
di Scienza dell’Ambiente e della Vita dell’Università del Piemonte Orientale, da Polimeri Europa
sede di Mantova e dall’AIM, in collaborazione con
l’Università di Milano, che ha concesso gentilmente l’uso del Palazzo Feltrinelli come sede del
Convegno. Parte del contributo economico è stato
fornito dall’Università del Piemonte Orientale e dal
Consorzio Nazionale Interuniversitario di Scienza e
Tecnologia dei Materiali (INSTM).
Vi sono stati anche parecchi sponsor industriali tra
i quali Sacmi (Imola), Tenoelastomeri (Modena),
Gambit (Milano), Compuplast (Praga) e Detech
(Alessandria). Nel 1998 l’Europen Polymer
Federation decise di organizzare una serie di convegni su argomenti ben definiti che negli anni sono
stati, tra gli altri, poliolefine, nanocompositi, geli
polimerici, polimerizzazioni controllate, biomateriali. Considerando le tematiche trattate precedentemente, l’indirizzo di questi convegni appare
prevalentemente legato alla chimica dei materiali
polimerici in senso lato ed alle loro proprietà. Negli
ultimi anni, tuttavia, anche a ragione di un aumento
considerevole della disponibilità di calcolo, le tecniche di simulazione di processo hanno cominciato
ad affermarsi come un utile aiuto nella progettazione ed ottimizzazione di sistemi complessi, Questi
includono sia la simulazione dei processi di trasformazione sia la determinazione delle proprietà finali
del manufatto. La previsione della orientazione di
fibre di vetro o di carbonio di un oggetto, ottenuto
mediante stampaggio ad iniezione, in funzione dei
dettagli costruttivi dello stampo e delle condizioni di processo e la relativa analisi con tecniche
FEM delle proprietà meccaniche finali, incluso la
resistenza a fatica, rappresenta un esempio tipico
di utilizzo delle tecniche di simulazione. D’altra
parte, la simulazione di processo include aspetti
legati a moltissime problematiche che vanno dalla
dettagliata caratterizzazione dei materiali, la cui
gamma e le cui caratteristiche peculiari si stanno
ampliando in modo notevolissimo, alla reologia dei
materiali includendo l’insieme dei fenomeni collegati alla orientazione indotta ed ai passaggi di stato,
alla simulazione numerica del flusso dei materiali.
Vengono quindi coinvolte molte discipline scientifiche tra cui matematica, fisica, chimica, ingegneria
scienza dei materiali e scienza computazionale.
Perciò è stato indubbiamente opportuno e attuale
dedicare l’EUPOC 2007 alla focalizzazione dei vari
stadi del processo logico che parte dalla definizione
di struttura macromolecolare ed la sua modellizzazione e giunge alla simulazione di processo,
in modo tale da permettere la discussione dello
stato dell’arte e la identificazione di nuovi possibili
sviluppi nella ricerca e nell’applicazione in settori
differenti. Il programma è stato quindi strutturato in
modo da abbracciare una molteplicità di argomenti
a partire dalla descrizione degli aspetti chiave per
delineare la architettura molecolare quali ad esempio la lunghezza di catena, il numero e la tipologia
delle ramificazioni ecc., passando per gli aspetti
più importanti della reologia e della fenomenologia
collegata, per giungere alla definizione delle equazioni costitutive dei materiali ed alla loro risoluzione
mediante varie tecniche di calcolo.
L’attività del convegno ha compreso 12 seminari
su invito, 26 comunicazioni orali e 24 comunicazioni poster.
58
Schematicamente, le varie sessioni scientifiche
sono state dedicate a:
– Complesse architetture macromolecolari: polimeri ramificati, iperramificati e dendrimeri.
– Sistemi multifasici: leghe e copolimeri a blocchi.
– Sistemi rinforzati e nanostrutturati.
– Reologia e caratteristiche di processo di sistemi
reattivi: gomme, termoindurenti, sistemi RIM e
r-RIM.
– Equazioni costitutive e simulazioni numeriche.
Sebbene sia assai difficile selezionare alcune
delle relazioni presentate all’EUPOC 2007, si
devono menzionare in particolare i nuovi contributi teorici alla simulazione reologica di strutture ramificate del Prof. G. Marrucci (Università
di Napoli - Italia), il contributo sulla reologia
dei polietileni ramificati del Prof. H. Münstedt
(Università di Erlangen-Germania), quello sulla
reologia dei polipropileni lineari e ramificati del
Prof. A. Santamaria, (Università di UPV/EHU
- Spagna), il contributo sui nanocompositi contenenti nanotubi del Prof. C. Bailly (Università di
Louvain - Belgio), ed i contributi relativi ai nuovi
approcci di modellazione di processo del Prof.
J.F. Agassan (Ecole de Mines di Parigi - Francia),
di descrizione delle equazioni costitutive e della
loro soluzione numerica del Prof. E. Misoulis
(Università di Atene - Grecia). Inoltre, alcune
conferenze hanno riscosso particolare apprezzamento non solo per la capacità degli oratori ma
anche per la qualità del materiale, immagini e filmati, presentati. Tra queste vi sono sicuramente
il contributo sulla dinamica di gocce in miscele
polimeriche della Prof. P. Moldenaers (Università
di Leuven - Belgio) e la descrizione delle caratteristiche di flusso di sistemi polimerici eterogenei
del Prof. M. Mackley (Università di Cambridge
- Regno Unito). Infine, appare particolarmente
importante che in questo contesto si siano inseriti contributi sia fondamentali che applicativi
provenienti da aziende. Il contributo del Dr. D.
Ferri (PolimeriEuropa - Italia) sulle caratteristiche reologiche di elastomeri termoplastici è stato
illuminante e così pure di particolare interesse è
risultato il contributo del Dr. Camerani (Sacmi
- Italia) che ha illustrato come attraverso una
combinazione di simulazioni su piattaforme differenti sia possibile modellare, almeno parzialmente, lavorazioni estremamente complesse come il
processo di taglio-compressione a ciclo veloce.
All’EUPOC 2007 sono convenuti oltre 90 partecipanti, di cui il 33% dal mondo dell’industria,
in rappresentanza di 20 paesi di tutto il mondo.
La distribuzione geografica delle delegazioni più
numerose è stata particolarmente significativa in
quanto, dopo quella italiana, si trova quella iraniana, a pari merito con quella tedesca, quella croata,
olandese, belga, polacca, ma alcuni conferenzieri
provenivano anche da Arabia, Algeria, Ucraina,
Romania e Argentina. Quest’ampia partecipazione
ha conferito al Convegno un grande respiro di portata internazionale. Ci piace sottolineare che circa
il 40% dei partecipanti era costituito da giovani
ricercatori nella chimica, la fisica, l’ingegneria e
la scienza dei materiali polimerici, e speriamo che
il Convegno possa aiutarli ad allargare i loro orizzonti di indagine e ad approfondire le loro motivazioni di studio dei materiali polimerici. Il carattere
residenziale del Convegno, unito ad un tempo
inclemente, ha certamente agevolato le possibilità
di discussione e di scambi di idee e di esperienze
tra i partecipanti nella magnifica cornice del lago
di Garda.
La cura scientifica e l’organizzazione logistica
degli EUPOC rappresentano uno dei contributi
più consistenti dell’Associazione Italiana dell’AIM
alle attività della Federazione Europea e confidiamo che il successo dell’EUPOC 2007 serva
a consolidare il ruolo dell’AIM nella sua missione
di promozione della scienza e della tecnologia dei
polimeri in Italia e oltre.
59
European Polymer Congress 2007
Portoroz (Slovenia), 2-6 July 2007
di Maria Zigou*
T
he 4th European Polymer Congress (www.epf2007.org) was held this year in Portorož, a seaside
town located on Slovenia’s Adriatic coast. European Polymer Congresses are biannual meetings
and are one of the major activities of the European Polymer Federation (EPF), which is an independent association of 29 academic and industrial national organizations from 27 European countries,
dealing with polymers (www.europolymer.org). The EPF congresses developed from the EPF conferences that started in 1986, when the EPF was established. EPF congresses are hosted by the particular
European country who chairs the EPF during that period and previous congresses have been held in
Eindhoven, Netherlands (2001), Stockholm, Sweden (2003), and Moscow, Russia (2005). The next EPF
congress will take place in Austria in 2009.
The EPF congresses aim to promote polymer research and to bring together polymer scientists, researchers, students, and other relevant participants. They are one of the year’s greatest events in polymer science
and overview both state of the art
as well as new initiatives in already
established and emerging fields of
polymer science and technology. EPF
congresses are known world-wide,
attracting over 600 participants. This
year, there were 824 participants
and 49 countries were represented.
The majority of participants (85 %)
were from Europe: from Slovenia and
Germany 10.3 %, from France and
Italy around 9 %, Russia 8.3 %, Spain
and Poland 3.9 %, Romania 3.4 %, the
Netherlands 3.2 %, while attendance
from each of the non-European countries was below 3 %.
The scientific programme of the EPF–
2007 consisted of 15 plenary lectures
and over 800 contributions presented
in eight parallel sessions plus a special session in memory of the late
Prof. Viktor Kabanov; there were also
90 invited lectures, 234 oral contributions and more than 500 poster
presentations. The opening lecture on
the first day of the congress was given
by the Nobel Prize laureate Professor
Jean-Marie Lehn, France, and was
entitled »Dynamers: Dynamic molecular and supramolecular polymers«. We listened to the leading-edge
plenary speakers Markus Antonietti, Germany, »New techniques of heterophase polymerization, hybrids,
block copolymers, and the world of carbon«, Dirk J. Broer, The Netherlands, »Polymers in motion: From
paintable displays to artificial muscles«, Taihyun Chang, Korea, »Chromatography characterization of polymers beyond size exclusion chromatography«, José M. Kenny, Italy, »Functionalization of carbon nanotubes
for polymer matrix nanocomposites with multifunctional properties«, Alexei R. Khokhlov, Russia, »Towards
*
EPF President 2005-2007.
60
new functional synthetic copolymers via rational design of
their sequences«, Kurt Kremer,
Getrmany, »Multiscale modeling
of soft matter: Where chemical
details and generic properties
meet«, Krzysztof Matyjaszewski,
USA, »New ATRP processes
with ppm amounts of Cu for
nanostructured functional materials«, Christopher K. Ober,
USA, »Building and patterning
the biology-materials interface«
Rudolf Podgornik, Slovenia, »The
nature and characterization of
order in high density DNA mesophases«, Sanjay Rastogi, The
Netherlands, »Melting kinetics in
polymers; a route to a new melt
state«, Mitsuo Sawamoto, Japan,
»Transition metal-catalyzed living
radical polymerization: Recent
progress and beyond« Stanislaw
Slomkowski, Poland, »Very small
Maida Zigon, EPF President 2005-2007
polymer particles and medicine«,
Brigitte Voit, Germany, »Hydrophilic, amphiphilic and thermo-responsive polymers and gels synthesized
for biomedical applications«, and Manfred H. Wagner, Germany, »Challenges in elongational rheology of
polymer melts«.
Un momento delle due sessioni poster
61
Farewell party
The scientific programme of the conference covered the chemistry and physics of polymers, modeling
and simulation, and the processing of polymers and polymeric materials, which were covered in the eight
sessions. Complex polymer systems and nanoscience and Polymer synthesis and modification garnered
the most interest with 22 % and 20 % of all the contributions, respectively. The sessions Structures and
architecture of synthetic and biopolymers and Polymers for advanced applications covered 13 % of the
contributions, Polymers in medicine and the environment 10 %, Theory, modeling and simulation 8 %,
and Polymer rheology and processing and Advances in polymer characterization 7 % of all presented
contributions. In addition to the scientific programme, a round table on polymer education was organized
providing some observations on the advantages and drawbacks of implementing the Bologna process
in different European countries.
Apart from scientific work, the participants enjoyed a more relaxed atmosphere in the evenings at the
welcome reception, gala dinner, and the farewell party, which featured the popular Slovenian band
Terrafolk, while twelve young researchers were awarded for the best poster presentations. Participants
were also encouraged to discover the beauties of Piran, one of the oldest cities of Slovenia, and the
Slovenian landscape with tours organized to different sights in Slovenia like Postojna and Škocjan caves
in the Karst region as well as to Bled with its emerald-green lake, a church on the island in the middle
of the lake, and a medieval castle. And last but not least, the fine summer weather made swimming in
the Adriatic sea a must.
The conference has been, according to the opinion expressed by many participants, a great success. The
conference was organized by the Section for Polymers of the Slovenian Chemical Society, the European
Polymer Federation, the National Institute of Chemistry, the University of Ljubljana and University of
Maribor. Special thanks go to the industrial sponsors (Smile Group, Julon, Helios, and Sava), as well as
to the Ministry of Higher Education, Science and Technology of RS, Slovenian Research Agency, Elsevier
and the National Institute of Chemistry for helping to underwrite the EPF-2007.
62
Innovazione nell’Imballaggio.
Imballaggio Attivo e Intelligente
Milano, 5 luglio 2007
di Maurizio Galimberti
L
o scorso 5 Luglio si è svolta, nella bella Aula
Magna del CNR di Via Bassini, la Giornata
Tecnologica AIM “Innovazione nell’Imballaggio. Imballaggio Attivo e Intelligente”. L’evento è
stato organizzato congiuntamente dall’Associazione
Italiana di Scienza e Tecnologia delle Macromolecole,
AIM appunto, dall’Istituto Italiano Imballaggio (III)
e dall’Istituto per lo Studio delle Macromolecole
(ISMAC) del CNR.
Le Giornate Tecnologiche rivestono un ruolo strategico per AIM, poichè consentono di attrarre attorno
a tematiche di grande interesse protagonisti di mondi
diversi, accademico ed industriale, della ricerca e
sviluppo ma anche applicativo e commerciale. Sono
dunque in linea con la missione dell’Associazione ed
una Giornata sull’Imballaggio, applicazione principale
dei polimeri, lo è in modo particolare.
Perchè attivo e intelligente? La semantica di questi
termini sembra chiara nel mondo dell’imballaggio:
attivo vuol dire interattivo con il prodotto, intelligente è l’imballaggio che comunica con l’utente. Ed in
effetti le presentazioni della Giornata hanno illustrato
le novità scientifiche e tecnologiche in entrambe le
direzioni.
Il Dr. Sachet, Direttore di III, ha mostrato come l’interattività fra prodotto e consumatore sia un aspetto
chiave della vita del futuro, ma anche del presente,
se si considera che un supermercato altamente automatizzato e appunto “intelligente” è già funzionante in
Germania.
Il Dr. Kopola, Direttore al VTT di Oulu in Finlandia,
ha sottolineato come le tecnologie di stampa siano il
veicolo di elezione per depositare su un imballaggio,
in modo mirato, funzionalità, dati ed informazioni.
Affascinante il richiamo al coating intelligente e trasparente, che ha un ruolo vitale per garantire sicurezza al prodotto (basti pensare all’anti-contraffazione)
ma anche e forse soprattutto per trasformare un involucro in un portale: interagendo con un rivestimento
saremo in grado sia di leggere ciò che vi è scritto ma
anche di scoprire, grazie a particolari lettori, ciò che
vi è nascosto ed attraverso questo portale entreremo
in nuovi ambiti ricchi delle informazioni di cui avremo
bisogno.
Il Prof. Piergiovanni, dell’Università di Milano, ha ricostruito la storia dell’imballaggio attivo ed intelligente.
Fra gli esempi presentati della propria attività di ricerca, particolare interesse hanno suscitato i materiali
per imballaggio che contengano antibatterici naturali
non tradizionali, quali ad esempio il propoli.
Il Prof. Pilati, dell’Università di Modena, ha ricordato
come una chimica anche nota come quella sol-gel
possa però trovare applicazioni ad alto valore aggiunto per il mondo del coating, non solo ottenendo aderenza su vari tipi di substrati ma soprattutto agendo
come veicolo di principi attivi, quali ad esempio l’Argento antimicrobico.
Il Prof. Guerra, dell’Università di Salerno, ha presentato l’applicazione di una particolare forma cristallina di
un polimero, il polistirene, come trappola per l’etilene
che si svolge durante la maturazione di frutta, verdura
e fiori: le nano-cavità del polistirene sindiotattico nella
forma delta garantiscono la freschezza dei prodottti
naturali per i quali questo polimero funga da imballaggio.
La Dr.ssa Sacchi, di ISMAC-CNR Milano, ha illustrato come la sintesi di polimeri che contengano
nella struttura molecolare principi attivi per la loro
stabilizzazione ne favorisca una maggiore resistenza
all’invecchiamento.
Il Prof. Ciardelli, dell’Università di Pisa, ha mostrato la
risposta ottica di film di polimeri (poliolefine e poliesteri), che contengano nanodispersioni di coloranti il
cui stato di aggregazione, sensibile sia alla temperatura che allo stress meccanico, è responsabile della
variazione di colore.
Il dr. Torre ha mostrato gli effetti barriera ed antifiamma delle nanocariche a strati e le proprietà meccaniche ma soprattutto elettriche dei nanotubi di carbonio,
la cui conducibilità può essere fortemente variata
aggiungendo gas quali anche l’ossigeno.
Il Dr. Fattorini, di Kiian S.pA. ha sottolineato come
l’inchiostro non sia più solo lo strumento per la decorazione di un supporto, ma stia invece sempre più
diventando, grazie alla tradizionale sinergia con le
tecnologie di stampa, il veicolo di elezione per deporre funzionalità sia attive che intelligenti.
Più di 80 persone hanno assistito alla Giornata. Se è
vero che il futuro vedrà l’affermazione dell’economia
della conoscenza, AIM vede il proprio ruolo proprio
nel promuovere, nei limiti e nelle possibilità che le
competono, maggiore consapevolezza se non cultura
in settori comunque importanti per la realtà scientifica
e tecnologica. Anche in considerazione del successo
della Giornata, AIM ed III hanno già concordato di
promuovere in futuro nuove iniziative congiunte.
63
I Congressi futuri
Il Comitato Editoriale di AIM Magazine ha preso la decisione di trasformare il “Calendario Congressi”
da cartaceo a elettronico. è ormai attivo sul nostro sito (www.aim.it) un link che sarà puntualmente
aggiornato dalla segreteria AIM di Pisa e di conseguenza i nostri lettori e soci AIM potranno conoscere,
con un dovuto anticipo, gli annunci di convegni e congressi nel settore macromolecolare.
Quindi nella rubrica “Congressi futuri”, che sarà sempre molto sintetica, una o due pagine al massimo, verranno riportati dei riquadri dedicati soltanto alle manifestazioni organizzate e/o sponsorizzate
dall’AIM.
Il Comitato Editoriale
Giornata Tecnologoca AIM
Il Presente e il futuro della pratica conciaria: innovazione e aspetti ambientali
Pisa, 12 ottobre 2007
Con l’organizzazione di questa giornata l’AIM si è posta l’ambizioso compito di far incontrare qualificati
rappresentanti del mondo universitario e degli enti di ricerca con rappresentanti delle realtà produttive
provenienti dai più noti poli conciari italiani. Nel corso della giornata, come potete vedere dal programma che è sul nostro sito, si parlerà di nuove tecnologie, di innovazione e di aspetti ambientali.
Informazioni dettagliate sul nostro sito: www.aim.it
XXIX Convegno-Scuola AIM
Il riciclo dei materiali polimerici
Gargnano, Lago di Garda (BS), 5-9 maggio 2008
Per la prima volta nella quasi trentennale storia della Scuola il tema trattato sarà il riciclo dei materiali polimerici. Verranno toccati anche gli aspetti economici, energetici ed ecologici del problema
che e’ molto complesso. La scuola tratterrà a fondo la trasformazione delle materie plastiche a fine
impiego con recupero post-industriale o recupero post-consumo dalla raccolta differenziata delle
potenziali materie prime seconde riciclabili. Verranno analizzati i processi chimico-fisici più idonei per
recuperare appunto materie prime seconde ed i loro potenziali impieghi. Oltre al recupero materia si
parlerà anche di recupero energetico e di riduzione dell’inquinamento ambientale. Secondo tradizione,
alternando oratori di diversa provenienza (dell’industria e dell’università) si presenteranno le ricerche
innovative in questo settore ed una scelta di esempi di efficiente riuso di materiali polimerici quali plastiche e gomme. La Scuola inizierà nel pomeriggio di lunedì 5 maggio per terminare venerdì mattina
9 maggio 2008.
Informazioni più dettagliate sul sito AIM a partire da novembre 2007
64
EUROPOLYMER CONFERENCE 2008 (EUPOC 2008)
L’Editoriale
Advanced Polymeric Materials for the Energy Resources Exploitation:
Synthesis, Properties and Applications
Gargnano, Garda Lake, 1 – 5 June, 2008
Un
biennio AIM:
TOPICS
commenti del Presidente
i) Solar cells (N.S.Sariciftci – Univ. Linz, S.Luzzati – ISMAC-CNR): π-conjugated polymers and denChairpersons: S.Destri (ISMAC-CNR, Milano), J.Garche (WBZU, Ulm), R.Po (ENI, Novara)
drimers; hybrid photoactive materials; solar
cells architectures
di Beniamino
Pirozziand devices; active layers characterization and photophysics; barrier materials for cells encapsulation; polymeric electrolytes for dye-sensitized cells; photochemical water splitting assisted by polymers and photoelectrochemical cells
ii) Hydrogen and fuel cells (J.Garche – WBZU, B.Scrosati – Univ. Roma): proton conductive polymers;
proton exchange membranes for fuel cells; (nano)composite membranes; polar plates; polymers with
intrinsic microporosity and materials for hydrogen storage; characterization techniques
iii) Batteries and supercapacitors (M.Winter – Univ. Graz., M.Mastragostino – Univ. Bologna): novel ion
conducting polymers; hybrid materials; solid polymer electrolytes; polymeric electrodes; techniques
for characterizing materials; devices: batteries and supercapacitors.
Informazioni più dettagliate sul sito AIM a partire da ottobre 2007
65
In ricordo di...
In
ricordo di amici e colleghi
recentemente scomparsi
ed efficacia anche nell’organizzazione del corso di
studi di Chimica Industriale, per introdurvi gli aspetti più moderni della Chimica.
“Visiting Professor” allo Stevens Institute of
Technology a Hoboken (New Jersey, USA) tra
il 1983 e l’84, oltre a dedicarsi a didattica e
ricerca, vi organizzò il primo di tre importanti
Convegni internazionali sul tema degli “Industrial
Polysaccharides” (poi ancora ad Hoboken e presso
l’allora neonato Parco Scientifico “AREA Science
Park” a Trieste). Questi tre incontri, insieme a
quello su “Polysaccharide Solutions and Gels”
svoltosi a Torviscosa nel 1981, hanno costituito la
base per la crescita di un intenso scambio scientifico tra ricercatori italiani e stranieri, coinvolti nei
vari aspetti dello studio dei carboidrati polimerici,
Vittorio Crescenzi
Vittorio Crescenzi, Ordinario di Chimica Industriale
presso l’Università “La Sapienza” e scienziato
internazionalmente stimato nel campo della scienza delle macromolecole, si è spento a Roma il 12
giugno scorso.
Da diversi decenni dedicato principalmente allo
studio dei polimeri naturali, Vittorio Crescenzi,
pur vicino alla pensione, era ancora attivamente
impegnato a dirigere personalmente un gruppo di
giovani allievi in ricerche dedicate allo sviluppo di
nuovi materiali biocompatibili, a base di polisaccaridi, utili per applicazioni in ingegneria tissutale
e per rilascio mirato di farmaci.
Vittorio era nato nel 1932 a Roma, dove si era
laureato in Chimica, con il Prof. Caglioti, presso
l’allora Istituto di Chimica Generale ed Inorganica.
Attratto fin da giovane dalla chimica delle macromolecole, appena laureato aveva seguito il Prof.
Alfonso Liquori prima a Bari e poi a Napoli fino
al 1967. La vincita di una borsa di studio NATO
gli permise di lavorare, alla Stanford University, a
Paolo Alto, nel laboratorio dell’allora non ancora
premio Nobel Paul J. Flory. Vincitore del concorso a Professore ordinario nel 1968, fu chiamato
dall’Università di Trieste dando inizio alla locale
scuola di Chimica delle Macromolecole. Egli rimase a Trieste per nove anni, sviluppando assieme
ad un gruppo di giovani ricercatori lo studio delle
proprietà chimico-fisiche di macromolecole ed in
particolare di polielettroliti sintetici e naturali.
Alla fine del 1976 è tornato, come professore ordinario di Chimica Fisica prima e di Chimica Industriale
poi, nella sua Roma (era un tifoso appassionato
dell’omonima squadra di calcio) presso l’attuale
Dipartimento di Chimica della “Sapienza” dove ha
lavorato fino allo scorso giugno. Didatta di grande
livello anche grazie alle sue doti naturali di chiarezza e di comunicazione, si è speso con passione
Vittorio Crescenzi (a destra) ed Herbert Morawetz in
occasione del conferimento della Laurea Honoris Causa
in Chimica Industriale dei Materiali Polimerici all’illustre
scienziato americano da parte dell’Università di Roma
- Settembre 2006.
66
che dura tuttora. Il suo continuo interesse per gli
aspetti applicativi della ricerca lo aveva portato
dagli anni ’70 in poi a collaborare intensamente
con importanti aziende industriali, sia nel settore
dei polimeri sintetici (SNIA) che di quelli naturali
per il settore farmaceutico (Fidia S.p.A.).
Socio dell’Accademia Nazionale delle Scienze
detta dei XL e co-fondatore dell’Associazione Italiana di Calorimetria ed Analisi Termica
(AICAT) e del Gruppo Interdivisionale di Chimica
del Carboidrati, afferente alla Società Chimica
Italiana, è stato autore di un gran numero di pubblicazioni scientifiche, tutte su qualificate riviste
internazionali. Va qui però soprattutto ricordato il
suo impegno a favore dell’AIM, quale fondatore
prima e poi come socio sempre attivamente impegnato nell’attività scientifica e culturale dell’associazione. Vittorio Crescenzi ha partecipato attivamente alle attività di didattica avanzata dell’AIM,
in particolare ai Convegni-Scuola di Gargnano:
sono da ricordare, in particolare il VI (1984) sui
Biopolimeri, il IX (1987) sui Polimeri idrosolubili, ed il XIX (1997) sui Polimeri in medicina. La
comunità macromolecolare internazionale (EPF)
ha voluto onorarlo nel 2002 dedicandogli, in
occasione del suo 70° compleanno, la prestigiosa
EUROPOLYMER CONFERENCE (EUPOC 2002)
sul tema Polymer Gels: Interesting Synthetic and
Natural Soft Materials. I ricercatori nel campo dei
biopolimeri industriali lo ricordano certamente
anche quale conferenziere, sempre stimolante, nei
numerosi convegni cui ha partecipato.
Chi ha lavorato con lui ricorda la sua presenza
costante sul lavoro e la sua disponibilità a discutere
sempre con passione dei problemi della ricerca.
Forse la difficoltà maggiore per noi collaboratori di
Vittorio era quella di seguire le numerose nuove idee
di lavoro che era capace produrre quasi giornalmente. Se ci è consentita una nota più personale, una
delle cose che ci ha più colpito lavorando nel suo
gruppo è stata la dimensione internazionale della
ricerca in corso nel suo laboratorio. I contatti con
colleghi europei e nord-americani erano frequentissimi e questo rendeva tanto più il lavoro stimolante.
Proprio per questi rapporti, anche per noi le esperienze all’estero sono state numerose ed anche di
questo dobbiamo ringraziare Vittorio. Ci mancherà.
Virna Bonora
Virna Bonora ha frequentato assiduamente il mondo AIM per
una decina d’anni, poi
le labirintiche e tortuose vie dell’accademia
italiana l’hanno portata
su altre sponde. I più
giovani quindi non la
possono ricordare, ma
chi ha avuto la fortuna
di conoscerla, anche
una sola volta, difficilmente l’avrà dimenticata. È per questo che
oggi, che se ne è andata, voglio ricordarla. Virna
era esuberanza, era gioia di vivere. Aveva una
capacità particolare e rara di portare allegria negli
ambienti che frequentava. A tutti ha regalato un
sorriso. Anche se il mio percorso accademico si
è separato dal suo molto tempo fa, non posso
dimenticarla. Piangendola oggi, penso di interpretare il sentimento di tutti coloro che l’anno conosciuta. Grazie Virna.
Francesco Pilati
Carlo Carlini
Il 9 giugno scorso è venuto a mancare il prof. Carlo
Carlini, piegato da una terribile malattia contro la
quale aveva lottato silenziosamente e con grande
coraggio e determinazione. Si era laureato con
lode in Chimica Industriale all’Università di Pisa nel
1965, discutendo una tesi di Laurea sperimentale
sulla polimerizzazione stereospecifica. Suo relatore
era stato il prof. Piero Pino, primo allievo del prof.
Giulio Natta, Premio Nobel 1963 per la Chimica.
Carlini, il cui lavoro di ricerca iniziò appunto poco
dopo il conferimento del Nobel a Natta, fece parte,
come uno dei giovani componenti di maggior spicco,
del gruppo di ricerca che sotto la guida del prof. Pino
portò alla elegante dimostrazione della origine del
controllo stereochimico nella polimerizzazione delle
olefine attraverso la identificazione della struttura
chirale dei siti catalitici. Dopo aver sviluppato la sua
carriera a Pisa fino a professore associato, a metà
degli anni 80, come vincitore di un concorso nazionale di prima fascia, venne chiamato a insegnare
Chimica Industriale all’Università di Bologna. Qui
creò, con un lavoro più che decennale, un gruppo
di ricerca in Chimica Macromolecolare, che ha ottenuto risultati di grande rilievo internazionale nel set-
Gli allievi di ieri e di oggi
67
della Chimica industriale nazionale e internazionale. La dedizione al lavoro, la sua correttezza
e disponibilità, l’inesauribile entusiasmo per la
ricerca, che lo ha accompagnato fino agli ultimi
momenti, lo hanno fatto apprezzare come uomo
oltre che come scienziato da tutti quelli che hanno
avuto la fortuna di lavorare con lui nel corso di
oltre 40 anni di carriera accademica.
Nel febbraio di quest’anno, quale ulteriore riconoscimento per i suoi meriti scientifici e per il contributo
rilevante alla vita e al funzionamento dell’ateneo, era
stato uno degli insigniti dell’Ordine del Cherubino,
un’onorificenza accademica che viene conferita dal
Rettore dell’Università di Pisa, su delibera del Senato
accademico, a quei docenti dell’Ateneo pisano che
abbiano contribuito ad accrescerne il prestigio.
Anna Maria Raspolli Galletti, Daniele Caretti
Augusto Sirigu
Augusto Sirigu è morto a Napoli il 14 Giugno 2007.
Era nato a San Gavino Monreale, una piccola
città in provincia di Cagliari, il 23 Febbraio 1939.
Laureatosi in Chimica con lode nel 1963 presso
l’Università di Cagliari, cominciò la sua attività di
ricerca con il professor Paolo Corradini all’Istituto
Chimico dell’Università di Napoli, dove ha svolto
tutta la sua carriera accademica: assistente ordinario dal 1966, libero docente nel 1971, professore
ordinario di Chimica Generale e Inorganica dal 1980
fino al suo pensionamento nel Novembre 2006. La
prima parte dell’attività di ricerca del professor
Sirigu si svolse nell’ambito della Cristallografia di
Raggi X. Studiò la struttura cristallina e molecolare
di composti modello di polimeri stereoregolari, di
carbonili metallici a cluster, di composti inorganici
e matallorganici, di amminoacidi. All’inizio degli
anni 70, alla ricerca di strutture “più interessanti”
da studiare, cominciò a spostare i suoi interessi di
ricerca dalla cristallografia ordinaria. In particolare,
nel tentativo di ottenere materiali solidi con ordine
non cristallino, si avvicinò al campo dei cristalli
tore dei fotoiniziatori macromolecolari, dei polimeri
otticamente attivi, dei polimeri fotocromici e liquido
cristallini oltre che di polimeri organometallici.
A Bologna ha ricoperto diverse cariche istituzionali tra cui la Direzione dei Dipartimento di Chimica
Industriale e dei Materiali. Da circa dieci anni Carlini
era di nuovo all’Università di Pisa dove era stato
richiamato per trasferimento con consenso unanime,
fornendo fondamentali contributi allo sviluppo delle
ricerche nel settore della catalisi industriale e della
polimerizzazione. Si era inoltre dedicato con grande entusiasmo ed impegno alla didattica dando un
contributo essenziale come Presidente di due corsi di
laurea, nelle complesse e delicate fasi della Riforma.
Autore di circa 200 pubblicazioni a livello internazionale e di numerosi brevetti, conferenziere in
molti congressi in Italia e all’estero, il Prof. Carlini
è stato indubbiamente una delle figure di spicco
68
liquidi, con lo scopo di ottenere polimeri liquido-cristallini. A quel tempo, mentre la letteratura sui cristalli-liquidi di basso peso molecolare era già molto
vasta, quella sui polimeri consisteva di pochi casi
isolati. L’idea che decise di seguire fu molto semplice, se la consideriamo ora: prendere un tipico gruppo organico rigido, di quelli che si presentano nei
cristalli-liquidi a basso peso molecolare e, da esso,
costruire una catena polimerica semiflessibile in cui
questi gruppi rigidi si susseguono in modo alternato
con gruppi conformazionalmente flessibili. Il lavoro
che egli pubblicò nel 1975 con Antonio Roviello
come coautore sul Journal of Polymer Science,
descriveva la sintesi e le proprietà liquido-cristalline
di una classe di poliesteri termotropici contenenti
il gruppo mesogenico della dimetilbenzalazina e
gruppi flessibili di acidi bicarbossilici alifatici: era il
primo esempio della sintesi non casuale di un polimero liquido-cristallino del tipo a catena principale.
Quel lavoro segnò la nascita di una nuova area di
ricerca sia nel campo dei cristalli-liquidi che dei
polimeri, e numerosi gruppi di ricerca in Italia ed
in varie parti del mondo cominciarono a studiare
questo tipo di polimeri ed a pubblicare articoli in
questo ambito. È anche degno di nota il fatto che
nello stesso anno della pubblicazione del lavoro di
Roviello e Sirigu sui primi polimeri liquido-cristallini
semiflessibili, apparve (indipendentemente) una
breve nota di P. G. de Gennes, premio Nobel per la
Fisica nel 1991, ed anche lui scomparso quest’anno, in cui venivano previste interessanti proprietà
elastiche per questa classe di polimeri. La ricerca
sui polimeri liquido-cristallini da parte di Sirigu e
del suo gruppo è stata completa. Furono studiati
omopolimeri, copolimeri, composti modello. Alla
fine degli anni 80 il gruppo iniziò a studiare polimeri liquido-cristallini contenenti metalli e sistemi macromolecolari liquido-cristallini parzialmente
reticolati.
Verso la metà degli anni 90, gli interessi del professor Sirigu si spostarono verso i polimeri per
l’optoelettronica e la fotonica, argomenti dei quali
si è occupato fino al suo pensionamento.
Tutti i suoi colleghi e studenti lo ricorderanno con
profonda gratitudine e simpatia.
U. Caruso, R. Centore, B. Panunzi,
A. Roviello, A. Tuzi
69
Il mondo di AIM
AIM
ed altro....
di Attilio Cesàro*, Roberto Rizzo*
“A
h! Non! C’est un peu court, jeune homme! On pouvait dire… Oh! Dieu!.... bien des choses en
somme”. Così, parafrasando il celebre monologo di Cyrano de Bergerac, verrebbe lo spunto
di dire: “AIM” si poteva dire in tanti modi: ... è un’associazione, uno scopo, un pensiero, forse
un’idea bizzarra, o solo un’assonanza, ma certo suonava molto meglio di “AISTM” a tutti noi, fin dal
lontano 1975, e continua a piacerci così.
Nessuno allora pensò ad altri acronimi o che l’acronimo scelto potesse avere altri significati, né tantomeno all’importante significato simbolico della parola “aim” nella lingua inglese che poi avrebbe segnato
tutti i progetti e lavori futuri.
Non potevamo immaginare, anni dopo, che un motore di ricerca (leggi un “viaggio internautico”) ci facesse scoprire che la sigla AIM è molto più comune di quanto potessimo ritenere, in tutto il mondo e con
significati a volte anche strambi, o comunque curiosi. Perciò, armati della nostra lente di investigatori
alla Sherlock Holmes, siamo andati a cercare. “Elementare, Watson, basta digitare AIM e premere un
pulsante”.
Per prima cosa, la parola chiave “AIM” ha prodotto più di 250 milioni di voci; sebbene alcune di queste
siano ripetizioni, rimane un numero molto elevato. Allora si può usare la strategia di cercare le pagine
“nazionali”, italiane, francesi, belghe, tedesche, ecc. E la sigla AIM compare in ben 14 milioni di voci su
google.it e altri 13 milioni in google.be, più altrettante o giù di lì in ognuno dei siti nazionali di Spagna,
Francia, Germania e così via.
Alcune curiosità le troviamo se selezioniamo appunto dei criteri di scelta, come quello di cercare nelle
varie pagine “nazionali” l’indirizzo della “AIM” locale e questi sono i risultati (parziali).
www.aim.it/: Associazione Italiana di Scienza e Tecnologia delle Macromolecole (AIM),
www.aim.be/: AIM is the European Brands Association (Association des Industries de Marque),
www.aim.asso.fr/: Association Information et Management (A.I.M.),
www.aim-d.de/: Verband für Automatische Identifikation,
www.aim.com/aimexpress.adp: AOL Instant Messenger,
www.aim.pt/: Associação das Indústrias Marítimas (AIM),
www.aim.denmark.dk/: AIM Danmark – Association for Automatic Identification and Mobility,
www.aim.nl/ A/I/M Architectuur Informatie Management,
www.aim.se/: Arrive Inter Media,
www.aim.gr/: ґіа піо леука лоNtia,
www.aim.biz.pl/: PRZEDSIĘBIORSTWO HANDLOWO-USŁUGOWE “AIM”,
www.aim.co.kr/:
: Automated, Intelligent Manufacturing.
Chi, invece, cercando in rete con la parola chiave AIM, non è stato indirizzato a siti che parlano di tutt’altro? Magari scoperte fatte per caso hanno portato a nuove informazioni o a stimolare curiosità (anche
questa è serendipity)!
Per limitarci ora alle pagine provenienti dall’Italia, come c’era da aspettarsi, la “A” iniziale porta in evidenza diverse associazioni più o meno scientifiche o culturali. Non possiamo, innanzitutto far mancare
*
Dipartimento di Biochimica, Biofisica e Chimica delle Macromolecole, Università di Trieste
Via Licio Giorgieri 1 - 34127 Trieste
70
l’Associazione Italiana di Metallurgia (www.metallurgia-italiana.net) che ha in qualche modo dato origine
alla nostra peregrinazione intermediale, quando il nostro Presidente ha ricevuto l’invito di partecipare al
loro congresso e ne abbiamo parlato in Consiglio Direttivo.
Poi tante altre, dall’Associazione Italiana di Miologia (www.miologia.it) che però nel logo ha
la “i” minuscola insieme all’“Associazione Italiana Mielolesi” (www.univ.trieste.it/~aim)
che è nel sito dell’università di Trieste, all’“Associazione Italiana Marmomacchine” (www.assomarmomacchine.com) che si occupa, ovviamente di macchinari, fino all’“Associazione Interessi Metropolitani”
(www.aim.milano.it) che ha l’obiettivo di sostenere ricerche, progetti convegni e incontri circa l’area
metropolitana di Milano. Interessante per gli aspetti tecnici e forse anche per i risvolti psicologici è
l’“Associazione per l’Identificazione Automatica”, che si ritrova in altri siti nazionali.
La musica ha pure i propri rappresentanti nella schiera di AIM’s: “the Association of Independent Music”,
“the Australian Institute of Music and Sydney Opera House” e l’“Alliance for Improvised Music”.
Con curiosità leggiamo dalla home page del sito della “Associazione Italiana per la Mindfulness” (www.
mindfulnessitalia.it): “La Mindfulness è una modalità mentale, uno stile di pensiero o una coscienza
meta-cognitiva, in cui i pensieri, le emozioni e le azioni vengono liberate dalla dominazione degli automatici e abituali pattern di elaborazione che attivano e mantengono molti stati disfunzionali, attraverso
un progressivo processo di consapevolezza e di decentramento”.
Per coloro che si interessano di tiro con l’arco consigliamo, se non lo conoscono già, di visitare il sito di
“AIM - Archery International Marketing (/www.yeoldearcheryshoppe.com)”.
Non mancano i siti di carattere sociale-antropologico-religioso. Vanno segnalati siti che puntano su particolari problemi sociali come l’alcolismo pubblico o nascosto: “Alcohol In Moderation” (www.aim-digest.
com) è un’organizzazione che promuove l’uso sensato e moderato del bere, una specie di “slow wine”
con fini sociali estremamente utile per non demonizzare il buon “mezzo bicchiere di vino”. Inoltre, ci piace
citare tra gli altri l“American Indian Movement - AIM” (www.aimovement.org) che con un logo di lettere ruotate imita una freccia indiana. Tra quelli a carattere missionario/religioso, “Africa Inland Mission
(AIM)” (www.aim-us.org), “AIM: Adventures In Missions” (www.adventures.org), quest’ultimo dedicato
ai giovani che vogliono unire l’avventura con la pratica religiosa. Infine, il sito “Access for Infants and
Mothers (AIM)” (www.aim.ca.gov), offre in California un programma assicurativo a basso costo per
l’assistenza al parto (in Italia useremmo subito il termine “welfare”); infatti, per chi non avesse avuto
esperienze simili in USA (come uno degli scriventi, con un parto gemellare) si scopre che le normali
coperture assicurative non prevedono alcun rimborso per le spese di parto, che è uno “stato fisiologico”
e non “patologico”.
Ovviamente, dopo questa indagine, a più di trent’anni dalla fondazione della “nostra” AIM, c’è da chiedersi cosa potrà accadere in futuro, quando la tecnologia ci offrirà chissà quali innovazioni nel mondo
della comunicazione internautica. Ci siamo rivolti di nuovo al Cyrano de Bergerac che ci suggerisce una
buona ipotesi:
“Ah! Non! C’est un peu court, jeune home! On pouvait dire … Oh Dieux!... bien des choses en somme.
«En variant le ton, par example, tenez:» ….
Aspettiamo fiduciosi.
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Libri
e
Atti AIM
Materiali polimerici strutturali
Atti dell’XI Convegno-Scuola AIM, Gargnano 1989, volume di
425 pagine, € 18,07
Copolimeri
Atti del XII Convegno-Scuola AIM, Gargnano 1990, volume di
440 pagine, € 18,07
Processi industriali di polimerizzazione: aspetti fondamentali
e tecnologici
Atti del XIII Convegno-Scuola AIM, Gargnano 1991, volume di
433 pagine, € 23,24
Metodi spettroscopici di caratterizzazione dei polimeri
Atti del XIV Convegno-Scuola AIM, Gargnano 1992, volume
di 477 pagine, € 25,82
Massa e dimensioni di macromolecole
Atti del XV Convegno-Scuola AIM, Gargnano 1993, volume di
347 pagine, € 25,82
Polimeri in medicina
Atti del XIX Convegno-Scuola AIM, Gargnano 1997, volume
di 355 pagine, € 20,66
Materiali polimerici cristallini e liquido cristallini
Atti del XXI Convegno-Scuola AIM, Gargnano 1999, volume
di 438 pagine, € 20,66
Physical Properties of Polyelectrolite Solutions (prof. Michel
Mandel)
Volume di 190 pagine edito da Pacini Editore SpA, 1999,
costo di copertina € 18,07
Produzione industriale di polimeri
Atti del XXII Convegno-Scuola AIM, Gargnano 2000, volume
di 498 pagine, € 25,82
Additivi per materiali polimerici
Atti del XXIV Convegno-Scuola AIM. Gargnano 2002, volume
di 544 pagine, € 30,00
Tecniche avanzate e nuovi sviluppi nella caratterizzazione dei
materiali polimerici
Atti del XXVI Convegno-Scuola AIM, Gargnano 2004, volume
di 359 pagine, € 25,00
Caratterizzazione termica di materiali polimerici
Giornate didattiche AIM, Gargnano 2005, volume di 294
pagine, € 20,00
Caratterizzazione meccanico-dinamica di materiali polimerici
Giornate didattiche AIM, Gargnano 2005, volume di 206
pagine, € 15,00
Leghe e formulati polimerici: miscelazione fisica e reattiva
Atti del XXVII Convegno-Scuola AIM, Gargnano 2006, volume
di 432 pagine, € 25,00
Materiali polimerici ibridi e nanostrutturati
Atti del XXVIII Convegno-Scuola AIM, Gargnano 2007, volume di 510 pagine, € 25,00
Fondamenti di Scienza dei Polimeri
Il volume è esaurito. Possono essere richieste copie alla Cooperativa
Libraria Nuova Cultura di Roma, con cui l’AIM ha firmato un contratto per la stampa, con la tecnica Print-ondemand. Costo del
volume € 39 più le spese postali (circa € 5). Inviare un e-mail
all’indirizzo [email protected] - Tel. 06 49912685.
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Materiali polimerici strutturali
Copolimeri
Processi industriali di polimerizzazione:
Aspetti fondamentali e tecnologici
Metodi spettroscopici di caratterizzazione dei polimeri
Massa e dimensioni di macromolecole
Polimeri in medicina
Materiali polimerici cristallini e liquido cristallini
Physical Properties of Polyelectrolite Solutions
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Produzione industriale di polimeri
Additivi per materiali polimerici
Tecniche avanzate e nuovi sviluppi nella caratterizzazione dei materiali polimerici
Caratterizzazione termica di materiali polimerici
Caratterizzazione meccanico-dinamica di materiali
polimerici
Leghe e formulati polimerici: miscelazione fisica e
reattiva
Materiali polimerici ibridi e nanostruttturati
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Sig. .................................................................................................................................................................................
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Indirizzo . .............................................Città .................................Cap ..................Prov. ......................
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Su richiesta, al prezzo di € 25,00 cadauno, spese di spedizione incluse, sono disponibili i CD delle seguenti giornate tecnologiche AIM:
1. Materiali Polimerici per l’Imballaggio Alimentare, Fiera del Levante, MacPlast Sud, Bari, 15 febbraio 2002
2. Polimerizzazione in emulsione, Auditorium Mapei, Milano, 6 marzo 2002
3. Poliammidi: produzione, proprietà e applicazioni, Centro Cultura Ingegneria Materie Plastiche, Alessandria, 10 aprile 2002
4. Il colore in materiali polimerici termo- e foto-indurenti, Fiera di Milano – MacPlas03, Milano, 6 maggio 2003
5. La miscelazione nell’industria dei polimeri, Università Milano-Bicocca, Milano, 11 giugno 2004
6. Polimeri da fonti rinnovabili nell’imballaggio, Università di Bologna, Bologna, 14 gennaio 2005
7. Plasticoltura, innovazione e sostenibilità, Fiera del Levante, Bari, 12 febbraio 2005
8. Reologia e stampaggio a iniezione di polimeri, Centro di cultura per l’ingegneria delle materie plastiche, Alessandria, 14 marzo 2005
9. Nanomateriali per il Packaging (IPACK-IMA), Fiera di Milano, 15 febbraio 2006
10. Polimeri e fonti energetiche, Milano, 30 maggio 2006
Inviare la richiesta tramite fax (050-2219260) o tramite e-mail ([email protected]) alla segreteria amministrativa AIM
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