PROGETTO VELICA
Fase 12 C. Nuovi materiali compositi a base polimerica contenenti fibre di canapa e di lino: studi di
compatibilità e di miscelazione. Caratterizzazione e analisi morfologica di compositi e nanocompositi
contenti fibre di cellulosa, nanofibre di cellulosa e lignina. Responsabile U. O. 4: Paola Stagnaro.
Compositi a matrice
termoplastica e fibre di cellulosa
P. Stagnaro1, L. Conzatti1, I. Schizzi1, R. Utzeri1,
A. Volpe1,2, E. Marsano2
1CNR-ISMAC
UOS Genova, Via De Marini 6, 16149 Genova
2Università di Genova DCCI, Via Dodecaneso 31, 16146 Genova
Sommario
• Programma e obiettivi
• Compositi a matrice biodegradabile e fibre di canapa
- Materiali di partenza e loro caratterizzazione
- Prove di miscelazione
- Ciclodepolimerizzazione del poliestere biodegradabile
• Lavoro in corso
• Sviluppi futuri
Programma
• Sviluppo di compositi a matrice termoplastica (PP e Ecoflex®) e fibre
di cellulosa (canapa e lino) mediante tecniche di miscelazione nel fuso.
• Ottimizzazione dei parametri di processo in funzione della matrice
utilizzata e della resistenza termica delle fibre cellulosiche.
• Sviluppo e ottimizzazione di trattamenti di compatibilizzazione per
migliorare l’adesione tra fibra e matrice in modo da ottenere materiali
con buone caratteristiche meccaniche e di resistenza alla temperatura.
• Caratterizzazione dei compositi ottenuti e/o di provini o film stampati
per pressofusione.
Obiettivi
Materiali con migliorate proprietà meccaniche e modificate
proprietà di idrofilia, permeabilità, biodegradabilità, etc.
Possibili applicazioni: imballaggi
disposables igienico-sanitari.
per
gli
alimenti,
agricoltura,
Compositi a matrice biodegradabile e fibre di canapa
Materiali utilizzati
• Ecoflex® F Blend A1200 (BASF)
O
HO C
O
C OH
O
HO
T
O
O C
O
C (CH 2)4 C
OH
HO (CH 2)4 OH
A
O
C O (CH 2)4
- H2O
B
x
O
O
O C (CH 2)4 C O (CH 2)4
PBAT
• Fibre di canapa grezze (Assocanapa)
y n
Caratterizzazione dei materiali
La matrice Ecoflex® e/o le fibre di canapa sono stati fino ad
ora caratterizzati tramite:
• DSC, TGA
• MFR, GPC
• FTIR
• Prove meccaniche di trazione
Caratterizzazione termica
DSC
1° Riscald.
Raffred.
TGA
2° Riscald.
Materiale
Tf
(°C)
ΔHf
(J/g)
Tc
(°C)
ΔHc
(J/g)
Tg
(°C)
Tf
(°C)
ΔHf
(J/g)
Td
(°C)
Tv max
(°C)
Ecoflex
pellets
117
19
30
-22.7
-26
118
18.2
400
427
339
-108
323
366
Canapa
Caratterizzazione FTIR Ecoflex
C=O
Caratterizzazione meccanica Ecoflex
Dai pellets provini stampati per
pressofusione a 160°C
Prove di miscelazione in
mescolatore interno
• Prove di lavorazione Ecoflex a varie
temperature: 160 e 150°C; 60 rpm; 10 min
• Stampaggio provini per pressofusione in tre steps:
1) 160°C, 5 min, 0 bar; 2) 160°C, 6 min, 160 bar; 3) raffr.
a R.T., 7 min, 160 bar
• Controllo delle proprietà finali del materiale (DSC, GPC,
MFR, proprietà meccaniche)
MFR pellets Ecoflex 2.77 (come datsheet)
dopo mix a 160°C in aria 2.8-2.9
Dopo mix a 160°C in azoto 2.74 g/10 min a 180°C
Modifica superficiale delle fibre di canapa con
macrocicli (MCO) ottenuti per
ciclodepolimerizzazione (CDP) dell’Ecoflex
Equilibrio macrocicli-catena lineare
ED-ROP Entropically-Driven Ring Opening Polymerization
MCO
Alto
polimero
Ciclodepolimerizzazione dell’Ecoflex
O
O C
O
C O (CH 2)4
O
O
O C (CH 2)4 C O (CH 2)4
x
y n
PBAT
CDP
O
O C
O
C O (CH 2)4
x
O
O
O C (CH 2)4 C O (CH 2)4
M COs-PBAT
y n
Caratterizzazione GPC delle frazioni MCO
ottenute da CDP dell’Ecoflex
Eluente CHCl3
O
O C
O
C O (CH 2)4
x
O
O
O C (CH 2)4 C O (CH 2)4
M COs-PBAT
Ecoflex
MCO-D 3gg
MCO-D 4gg
MCO-D 5gg
1
0
5
10
15
20
25
t (min)
2
STD
3
30
35
40
45
y n
pM ≅ 410 g/mol
M w Picco 1
M w Picco 2
M w Picco 3
MCO-D 5 gg
1089
714
369
MCO-D 4 gg
1073
715
378
MCO-D 3 gg
1186
804
435
n = 2.5
n=2
n=1
Lavoro in corso
• Caratterizzazione (diametro, modulo) delle fibre di
canapa
• Prove di miscelazione e stampaggio di compositi a base
di Ecoflex e fibre di canapa non modificate, valutazione
delle proprietà meccaniche, dell’adesione, etc.
• Modifica superficiale delle fibre di canapa con i
macrocicli ottenuti per CDP dell’Ecoflex
• Preparazione di compositi con le fibre modificate e loro
caratterizzazione
• Correlazione della morfologia e delle proprietà finali dei
compositi con formulazione e parametri di processo
Sviluppi futuri
• Utilizzo e caratterizzazione di fibre di lino
• Utilizzo di polipropilene (PP) commerciale come matrice,
eventualmente in presenza di opportuni agenti
compatibilizzanti (PP-g-MA)
• Utilizzo di fibre modificate per reazione con acidi grassi a
lunga catena presso ISMAC-Milano mediante l’uso della
tecnica microonde
• …
• Produzione in maggiore quantità delle formulazioni più
promettenti mediante estrusore bivite (D 20 mm, L/D 40)