ADDITIVI NANOSTRUTTURATI

Attività di studio scientifico e ricerca e sviluppo di laboratorio permettono di aggiornare quotidianamente le nostre formulazioni.

Nell’ambito del progetto CORIUM sono state studiate e sviluppate nuove formulazioni per la protezione funzionale del legno, frutto di ricerche avanzate nel campo di materiali ritardanti di fiamma e intumescenti e nanomateriali anti raggi-UV e antigraffio.
L’acronimo del progetto CORIUM è una parola latina che significa “cuoio”, “corteccia”, “strato protettivo” simbolo dell’obbiettivo generale delle attività di ricerca focalizzate sullo sviluppo di specialità chimiche high-tech per la protezione del legno.

Particolare attenzione è stata dedicata al tema dei nanocompositi, una classe di materiali con proprietà notevolmente migliorate. La comprensione fondamentale di come due materiali dissimili si interfacciano sulla scala nanometrica ha enormi implicazioni per le prestazioni e le proprietà su scala macro. Pertanto, lo studio dei nanocompositi polimerici non si limita a catturare il clamore mediatico della nanotecnologia, ma riguarda la comprensione delle relazioni struttura-proprietà e della scienza delle interfasi a scala molecolare e macromolecolare.

Storicamente la Toyota sviluppò i primi nanocompositi polimerici mediante l’aggiunta di argille nanostrutture ad un polimero in poliammide-6 (nylon-6) per applicazioni automobilistiche. La migliore resistenza ad alta temperatura del nanocomposito ha permesso di utilizzarlo come parte del motore, con un conseguente risparmio di peso in una macchina. Ulteriori applicazioni iniziali per la tecnologia dei nanocompositi hanno incluso proprietà migliorate di barriera ai gas (imballaggi per alimenti e bevande), conduttività elettrica per applicazioni elettromagnetiche e maggiore resistenza meccanica e tenacità per l’uso ingegneristico.

Le applicazioni di infiammabilità per i nanocompositi di argilla polimerica sono state scoperte recentemente, ed il progetto CORIUM è stato focalizzato per la ricerca e lo sviluppo industriale nel settore del legno per mobili, rivestimenti e costruzioni. I nanocompositi polimerici per applicazioni di infiammabilità sono interessanti perché la formazione di un nanocomposito non solo migliora le proprietà del fuoco ma anche migliora le altre proprietà (ad esempio, proprietà meccaniche), portando al concetto di multifunzionalità dei materiali.
Nell’ambito del progetto sono stati anche affrontati i concetti di “struttura a gradiente” e di “particelle micrometriche nanostrutturate” focalizzando la necessità di evitare l’utilizzo di nanoparticelle e nanopolveri, la cui pericolosità per la salute umana e per l’ambiente non è stata ancora sufficientemente studiata. Per questo motivo i nuovi formulati Borma Wachs utilizzano nanomateriali e sostanze registrate REACH.

Sebbene i ritardanti di fiamma possano differire l’uno dall’altro in termini di struttura chimica, alcuni meccanismi generali di azione sono applicabili a vari classi di ritardanti di fiamma. La prima linea di separazione normalmente distingue ritardanti di fiamma attivi in fase gas e in fase condensata. I ritardanti di fiamma attivi in fase gas agiscono principalmente attraverso l’inibizione di radicali liberi responsabili delle reazioni a catena radicaliche nella fiamma. Questo è il meccanismo d’azione chimica nella fase gassosa. Altri ritardanti di fiamma generano grandi quantità di gas non combustibili, che diluiscono i gas infiammabili, a volte si dissociano endotermicamente, diminuiscono la temperatura assorbendo calore. Questo rallenta combustione e alla fine può provocare l’estinzione della fiamma. Questo è il meccanismo d’azione fisico nella fase gassosa.
I meccanismi di azione a fase condensata sono più numerosi di quelli della fase gas. La carbonizzazione è la modalità d’azione condensata più comune. Ancora una volta, la carbonizzazione potrebbe essere promossa da interazione chimica del ritardante di fiamma con la fase polimerica o dai residui fisici del polimero nella fase condensata. La carbonizzazione potrebbe anche essere promossa da catalisi o deidrogenazione ossidativa.

Alcuni additivi in forma di nanoparticelle disperse in polimeri hanno un effetto di ritardare e ridurre la fiamma a causa della formazione di strati di carbone, l’effetto labirinto e la depressione della mobilità molecolare. Però le nanoparticelle libere (singole particelle o agglomerati secchi e dispersibili) possono entrare nella fase gassosa durante i processi di combustione, presentando un rischio di inalazione. Vasti programmi di ricerca avviati allo sviluppo di nuovi ritardanti di fiamma nanostrutturati per materiali polimerici hanno già mostrato alcuni effetti benefici, come una diminuzione della velocità di rilascio del calore, la limitazione del gocciolamento e il miglioramento dell’estinguibilità. L’uso di nanoparticelle libere risulta genera un rischio non accettabile.
Al contrario sistemi a gradiente e materiali micrometriche nanostrutturate rappresentano una strada percorribile.

La multifunzionalità ha il grande potenziale di semplificare la scienza e l’ingegneria dei materiali avendo un solo materiale che fa il lavoro di molti. Nel caso di formulati per il legno è necessario soddisfare diversi requisiti, oltre a quelli relativi all’impatto sulla salute umana (paragrafo precedente). Gli additivi nanostrutturati individuati hanno permesso di incrementare resistenza alla fiamma, resistenza al graffio e resistenza all’usura. Inoltre, trattandosi di prodotti commerciali, è stato necessario considerare il costo, la densità, il colore, la riciclabilità, l’impatto ambientale e la compatibilità con matrici polimeriche, oli e resine da fonte rinnovabile. Con una lista così lunga di requisiti, non è stato facile trovare dei materiali nanostrutturati che possano soddisfare tutte le esigenze.

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