Fibre Sintetiche e Polimeri Naturali: una realtà in divenire Maurizio Galimberti – Itaca Nova Stanislao Senatore – Itaca Nova Attilio Citterio - Politecnico di Milano

Fibre sintetiche e fibre naturali

La Classificazione Chimica delle Fibre Tessili

Quali i Polimeri Naturali per il mondo del Tessile Sericina Tannini Chitina/Chitosano Acemannano

Quali i Polimeri Naturali per il mondo del Tessile Can respond to the needs of materials in the 21st century • 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 Chitosano Sericina Acemannano Tannini

Quali i Polimeri Naturali per il mondo del Tessile Acemannano Tannini Sericina Chitosano

I Caratteri delle Fibre Tessili

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.

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

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.

(Dyes and Pigments 64 (2005) 157e161) 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)

Sericina

La Sericina nella Classificazione Chimica delle Fibre Tessili

Sericina È un proteina naturale → costituisce circa il 25-30 % delle proteine della seta. Avvolge le fibre di fibroina in strati appiccicosi, tra di loro sovrapposti, che aiutano la formazione del bozzolo

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.

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

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.

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).

Incremento del livello di presa del colore. 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)

Sericina: un esempio di applicazione su fibre di PET Contenuto di umidità Antistaticità Miglioramento delle proprietà antistatiche Tenore Crescente di Sericina Journal of Applied Polymer Science, Vol. 109, 314–321 (2008)

Chitina/Chitosano

La Chitina Ottenuto principalmente dai gusci di crostacei 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

Chitina e Chitosano Rimozione del calcare mediante acido cloridrico; 2-acetamido-2-deoxy-b-D-glucopyranose Rimozione del calcare mediante acido cloridrico; Deacetilazione della chitina a chitosano e rimozione delle proteine con alcali. Chitosano 2-amino-2-deoxy-b-D-glucopyranose

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

Chitosano: la produzione Tons/year

Chitosano: settori di impiego TESSILE

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.

Il Chitosano nel tessile: proprietà conferite Proprietà multifunzionali: Antimicrobiche - Antistatiche - Antiodore - Miglioramento della tintura delle fibre. - Inchiostri e stampa

Il Chitosano nel tessile: quali fibre Quali Fibre Naturali: cotone lana lino Quali Fibre Sintetiche: acriliche polipropilene

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.

Market potential for anti-microbial fibres in Europe (total 28 Kt) 8% 19% 12% 18% 19% 8% 4% 12% Source: Trevira

Il Chitosano e i suoi derivati per l’antimicrobico Oligomeri del chitosano solubili in acqua, ottenuti per degradazione acida di più alti pesi molecolari Derivati dalla modifica chimica sul gruppo amminico (es.: N-(2 idrossi) propil-3-trimetilammonio chitosano cloruro) E coli MIC > 128 mg/mL

Derivati Alchilammonio del Chitosano Solubili in acqua da pH 1 - pH 12, Insensibili ai sali Alta attività biocida [MIC (g/mL)] R E. coli St. aureus P. aeruginosa CH3 235 250 295 C12H25 14 18 22 I-(CH2)4-Pip. 5 7 9

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.

Chitosano per le fibre sintetiche: PAN N-(2 idrossi) propil-3-trimetilammonio chitosano cloruro (HTCC) HTCC 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)

Chitosano per le fibre sintetiche: PAN 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)

Chitosano per le fibre sintetiche: PAN 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)

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)

0.1 % oligomeri del chitosano Chitosano per le fibre sintetiche: Polipropilene Fibre con 0.1 % oligomeri del chitosano non trattate Journal of Applied Polymer Science, Vol. 74, 2911–2916 (1999)

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)

Attività di Ricerca su Chitosano Controllo della Solubilità (controllo del pH) Derivatizzazione (alchilazione dei gruppi amminici) 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)

Nanotubi di Carbonio Ricoperti da Chitosano Nanotubi a diverse pareti

Morfologia delle foglie di Loto Vs. clusters di Nanotubi di carbonio Pori sulle Foglie di loto Clusters di nanotubi di carbonio

Rivestimenti Autopulenti con CNT/Chi Dispersione di CNTs in acqua per trattamento con chitosano Immersione fibre cotone nella sospensione di CNT/chi Deposito/adsorbimento dei CNT sulla fibra

Chitosan Direct Production Cost (U.S.) 100 MT per Year Plant Direct Cost of Production = $8.58/kg