Fibre Sintetiche e Polimeri Naturali:
una realtà in divenire
Maurizio Galimberti – Itaca Nova
Stanislao Senatore – Itaca Nova
Attilio Citterio - Politecnico di Milano
Fibre Sintetiche Innovative per la Competitività del Made in Italy – Como 21 Aprile 2010
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Fibre sintetiche e fibre naturali
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La Classificazione Chimica delle Fibre Tessili
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Quali i Polimeri Naturali per il mondo del Tessile
Sericina
Tannini
Chitina/Chitosano
Acemannano
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Quali i Polimeri Naturali per il mondo del Tessile
Can respond to the needs of materials in
the 21st century
Chitosano
Tannini
• Based on use of biomass
– to cope with limitation of petroleum
supply
– Concern with environmental
pollution
• Economically favorable composite made
of:
– sustainable crop-derived plastics
– inexpensive-derived reinforcement
fibers
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Sericina
Acemannano
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Quali i Polimeri Naturali per il mondo del Tessile
Acemannano
Tannini
Sericina
Chitosano
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I Caratteri delle Fibre Tessili
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L’Acemannano
• È un polisaccaride a catena lunga formato da
unità lineari D-mannopiranosiliche acetilate
in maniera random
• È contenuto negli estratti di Aloe vera.
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L’Acemannano per il trattamento del cotone
Il finissaggio di tessuti di cotone con estratti di Aloe vera e
reticolanti ecofriendly conferisce proprietà antimicrobiche.
Campione NON trattato:
Sviluppo di Colonie
Batteriche
Campione di Tessuto in Cotone
Trattato con gel di Aloe Vera:
Effetto Antimicrobico
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I Tannini
• Sono dei Polifenoli solubili in
acqua.
• Sono contenuti in diverse specie di piante ed
alberi dove si accumulano in corteccia, foglie,
radici e frutti con concentrazioni che possono
raggiungere il 10% in peso.
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I Tannini: proprietà
• Sono considerati responsabili dell’elevata attività antimicrobica
manifestata in abbinamento con alcuni coloranti naturali (es.:
Curcumina; Pomegranate)
Curcumina
Trattamenti su Lana per Colorazione e
Proprietà Antimicrobiche
(Dyes and Pigments 64 (2005) 157e161)
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Sericina
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La Sericina nella Classificazione Chimica delle Fibre Tessili
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Sericina
È un proteina naturale → costituisce circa il 2530 % delle proteine della seta.
Avvolge le fibre di fibroina in strati appiccicosi,
tra di loro sovrapposti, che aiutano la formazione
del bozzolo
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La Sericina: un problema ambientale o
un’opportunità
• Costituisce un prodotto di scarto nei
processi di lavorazione della seta.
• La presenza negli effluenti delle
lavorazioni genera un problema di
carattere ambientale per
l’inquinamento delle acque.
Il recupero della sericina può avvenire
dai processi di degommazione dei
liquor e dai bozzoli di scarto.
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La Sericina: proprietà e applicazioni
• Proprietà Idratanti
• Resistenza a i raggi UV
• Resistenza all’ossidazione
• Proprietà Antibatteriche
http://www.jandc-cosmetici.it/html/seta.asp
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La Sericina nel tessile: trattamento dei tessuti in
poliestere
Criticità dei tessuti in poliesteri:
• bassa capacità di trattenere l’umidità
• tendenza all’accumulo di carica elettrostatica e sporcizie
L’utilizzo di coating di sericina mira a superare queste carenze
prestazionali.
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La Sericina nel tessile: trattamento dei tessuti in
poliestere
• Incremento di igroscopicità
Fino a 5 volte rispetto alle fibre non trattate
• Resistenza del trattamento ai lavaggi
Le fibre di PET trattate conservano l’85% della loro igroscopicità iniziale
dopo 50 lavaggi.
• Proprietà antibatteriche
Riduzione del 51% di P. vulgaris e 38 % di S. aureus (sericina 4 % w/v rispetto
al PET).
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Sericina: un esempio di applicazione su fibre di PET
Colorazione delle fibre modificate con sericina:
• Navimill Yellow 56N (acid dye)
• Remazol Black B (reactive dye)
Incremento del livello di presa del colore.
Journal of Applied Polymer Science, Vol. 109, 314–321 (2008)
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Sericina: un esempio di applicazione su fibre di PET
Antistaticità
Tenore Crescente
di Sericina
Contenuto
di umidità
Miglioramento
delle proprietà
antistatiche
Journal of Applied Polymer Science, Vol. 109, 314–321 (2008)
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Chitina/Chitosano
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La Chitina
OH
H
4
H2C
6
H
5
O
* O
HO
3
H
2
H
O
1
O *
NH
H
CH3
 Polisaccaride ad elevato peso molecolare
 Struttura molto simile a quella della cellulosa
 Secondo polimero naturale più abbondante dopo la cellulosa
 Ottenuto principalmente dai gusci di crostacei
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Chitina e Chitosano
OH
H
H2C
4
Chitina
2-acetamido-2-deoxy-b-D-glucopyranose
6
H
5
O
* O
HO
2
H
3
O *
 Rimozione del calcare mediante
NH
H
O
H
1
acido cloridrico;
 Deacetilazione della chitina a
chitosano e rimozione delle
proteine con alcali.
CH3
H HO
4
H2C
Chitosano
2-amino-2-deoxy-b-D-glucopyranose
6
5
H
O
* O
HO
3
H
H
2
1
O *
NH2
H
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Il Chitosano
 Rappresenta il 25% della produzione totale di chitina
 2000 ton/anno
 È solubile in mezzo acido
 Può essere disponibile in diversi Pesi Molecolari (100-500
kDalton) e Gradi di Deacetilazione
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Chitosano: la produzione
Tons/year
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Chitosano: settori di impiego
7%
TESSILE
2%
3%
16%
50%
2%
5%
5%
Nutraceuticals
General foods
Cosmetics
Agriculture
Feed
Flocculation
Textile
Pulp & paper
Others
10%
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Chitosan: properties that give
extraordinary potential
• Anti-microbial, which makes chitin and chitosan potent bacteria and virus
fighters.
• Highly positively charged, which makes chitosan an effective binder to
negatively charged metals, biochemical, macromolecules and cells.
• Biodegradable, which makes chitin and chitosan ideal for decreasing the
environmental impact of packaging and other products.
• Biocompatible, non-toxic naturally occurred polymer, which is
biodegradable to normal body constituents.
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Il Chitosano nel tessile: proprietà conferite
Proprietà multifunzionali:
-Antimicrobiche
- Antistatiche
- Antiodore
- Miglioramento della tintura delle fibre.
- Inchiostri e stampa
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Il Chitosano nel tessile: quali fibre
Quali Fibre Naturali:
• cotone
• lana
• lino
Quali Fibre Sintetiche:
• acriliche
• polipropilene
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Chitosano: la funzione di antimicrobico
Chitosan and other chitin based materials increase their anti-microbial activity
when thinly coated on to a hydrophobic surface
La funzione di antimicrobico e antifungino derivano dalla presenza dei gruppi
amminici.
Capacità di inibire la riproduzione delle cellule batteriche legandosi alle
cariche negative presenti sulla membrana delle cellule.
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Market potential for anti-microbial fibres in
Europe (total 28 Kt)
Mens underwear 8%
8%
Fibrefill 12%
19%
12%
Domestic textiles 19%
Functional underwear 4%
Active sportswear 12%
18%
19%
Outerwear 8%
Socks 18%
8%
4%
Lingerie, tights (pantyhose)
19%
12%
Source: Trevira
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Il Chitosano e i suoi derivati per l’antimicrobico
• Oligomeri del chitosano solubili in acqua, ottenuti per
degradazione acida di più alti pesi molecolari
OH
OH
• Derivati dalla modifica chimica Quat
sul 188
O
O
gruppo amminico (es.:
N-(2
idrossi)
HO
propil-3-trimetilammonio chitosano
NH2 O
Chitosan
cloruro)
O
HO
O
NH
N
Cl
O
OH
ChitQuat
E coli MIC > 128 mg/mL
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Derivati Alchilammonio del Chitosano
O
HO
H
O
NH2
H
O
O
OH
HO
O
Chitosan
HO
OH
O
HO
O
N(CH3)2H
H
O
HO
O
N(CH3) 2R
R-Br
Br
H
O
Solubili in acqua da pH 1 - pH 12, Insensibili ai sali
Alta attività biocida [MIC (g/mL)]
R
E. coli
CH3
St. aureus
P. aeruginosa
235
250
295
C12H25
14
18
22
I-(CH2)4-Pip.
5
7
9
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Chitosano per i tessuti in fibre naturali
Cotone
• Conferisce proprietà antimicrobiche.
•Il pretrattamento del cotone con il chitosano aumenta
l'efficacia e l'uniformità della tintura
• E’ stata inoltre sperimentata anche l’immobilizzazione di
farmaci a base di tetracicline
Lana
• Il trattamento della lana con chitosano ne migliora sia le
caratteristiche di tingibilità che di resistenza meccanica
• Incrementa inoltre l'effetto anti-infeltrente.
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Chitosano per le fibre sintetiche: PAN
N-(2 idrossi) propil-3-trimetilammonio chitosano cloruro (HTCC)
OH
HTCC
OH
Quat 188
O
HO
O
NH2 O
Chitosan
O
HO
O
NH
N
Cl
O
OH
ChitQuat
Preparazione di blend di PAN a
diverso contenuto di HTCC per il
conferimento di:
-Proprietà antistatiche
-Proprietà antimicrobiche
Journal of Applied Polymer Science, Vol. 74, 2258–2265 (1999)
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Chitosano per le fibre sintetiche: PAN
OH
Quat 188
O
O
HO
O
NH
N
Cl
O
OH
ChitQuat
HTCC
Il notevole abbassamento
dei valori di resistenza
elettrica superficiale implica
un notevole incremento di
antistaticità delle fibre
PAN-HTCC
Journal of Applied Polymer Science, Vol. 74, 2258–2265 (1999)
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Chitosano per le fibre sintetiche: PAN
OH
Quat 188
O
O
HO
O
NH
N
Cl
O
OH
ChitQuat
HTCC
La presenza di appena lo o.5
% di HTCC porta ad una
riduzione di quasi il 100 %
della carica batterica
(Staphylococcus aureus).
Journal of Applied Polymer Science, Vol. 74, 2258–2265 (1999)
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Chitosano per le fibre sintetiche: Polipropilene
Applicazione come agente di finissaggio per tessuti non
tessuti di polipropilene.
A 2% chitosan (MW 70,000) solution in 3% acetic acid was applied onto the
plasma-treated PP films and then the films were dried at 110°C for 3 min.
Uso di oligomeri del chitosano ottenuti per degradazione
acida di alti pesi molecolari.
Journal of Applied Polymer Science, Vol. 74, 2911–2916 (1999)
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Chitosano per le fibre sintetiche: Polipropilene
Fibre con
non trattate
Fibre con
0.1 % oligomeri
del chitosano
Journal of Applied Polymer Science, Vol. 74, 2911–2916 (1999)
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Chitosano per le fibre sintetiche: Poliesteri
• Legante per stampa di pigmenti su poliesteri o blend di
poliestere/cotone.
• Proprietà antimicrobiche.
• Finissaggio antistatico (The electrostatic charge measurement (65% RH at
20°C) revealed that the hydrolyzed PET given a chitosan-treatment showed a
considerably lower value (6 volts) compared to those of hydrolyzed PET (2,600 volts)
and untreated PET (4,600 volts).)
Colourage, (2005)
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Attività di Ricerca su Chitosano
• Controllo della Solubilità (controllo del pH)
OH
OH
Quat 188
• Derivatizzazione (alchilazione dei gruppi amminici)
O
HO
O
NH2
Chitosan
O
O
HO
O
NH
N
Cl
O
OH
ChitQuat
• Condizioni di reticolazione (uso di acidi policarbossilici, come acido
citrico)
• Realizzazione di film (membrane e coating per impermeabilità)
• Attività biocida (applicazioni in campo sanitario)
• Disperdente per CNT (realizzazione di dispersioni stabili per coating
conduttivi)
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Nanotubi di Carbonio Ricoperti da Chitosano
Nanotubi a diverse pareti
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Morfologia delle foglie di Loto Vs. clusters di
Nanotubi di carbonio
Pori sulle Foglie di loto
Clusters di nanotubi di
carbonio
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Rivestimenti Autopulenti con CNT/Chi
Dispersione di CNTs in acqua
per trattamento con chitosano
Deposito/adsorbimento
dei CNT sulla fibra
Immersione fibre cotone
nella sospensione di
CNT/chi
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Chitosan Direct Production Cost (U.S.)
100 MT
per Year Plant
Direct Cost of Production = $8.58/kg
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