21 maggio 2013 07:19

Sulla rivista scientifica Nature Chemistry sono stati pubblicati i risultati di un progetto di ricerca italo-giapponese che ha portato allo sviluppo di un polimero a base stirenica, con il quale si potranno realizzare in futuro fibre di rinforzo in grado di sopportare carichi anche cinque volte superiori rispetto alle fibre aramidiche o a quelle di carbonio, con peso e costi nettamente inferiori.

Il nuovo materiale, ottenuto con un processo nanotecnologico innovativo, è stato realizzato da un team interdisciplinare dell’Università di Milano–Bicocca, coordinato dal professor Piero Sozzani, ordinario di Chimica Industriale presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali, e dell’Università di Kyoto, coordinato dal professor Susumu Kitagawa, del Dipartimento di Synthetic Chemistry and Biological Chemistry, Graduate School of Engineering.

I ricercatori sono riusciti ad ottenere, mediante reticolazione, un polistirene atattico in forma cristallina, con un allineamento unidirezionale e stabile delle catene polimeriche.

"Generalmente, un polimero per avere un certo grado di cristallinità deve essere ordinato intrinsecamente, ovvero possedere una configurazione isotattica - spiega a Polimerica il prof. Piero Sozzani -. La novità sorprendente della nostra ricerca è che il polimero che abbiamo ottenuto, benché non abbia i gruppi intorno alla catena principale orientati nello spazio in modo specifico, riesce comunque ad essere cristallino, poiché le catene sono parallele tra loro, disposte in modo ordinato".

"Il risultato ha sorpreso anche noi - continua il ricercatore italiano -. Lo scopo della ricerca era ottenere una disposizione più ordinata delle catene nello spazio, ma non ci saremmo mai aspettati che le catene potessero presentare una struttura cristallina, poiché originate da una polimerizzazione radicalica, senza un specifica distribuzione stereochimica, quindi senza essere isotattiche (sono, infatti, atattiche)". Nel polistirene tradizionale, sia i gruppi laterali che le catene principali sono invece disposti in modo disordinato.

Rispetto ai metodi fino ad oggi utilizzati, che puntano a "stirare" le fibre del materiale polimerico per allinearle e allungarle -  procedimento reversibile e non sempre efficace - il  nuovo metodo molecolare e nanotecnologico interviene in fase di polimerizzazione, in modo da rendere “strutturale” l’allineamento ottenuto. "Le catene polimeriche sono tenute in registro da pinze molecolari, ovvero legami covalenti che consentono alla struttura ordinata di rimanere stabile nel tempo - spiega il coordinatore del team italiano - Questi raccordi possono essere dosati in funzione delle caratteristiche che si vogliono ottenere dalle fibre".

"Il risultato è un materiale in grado di sopportare un carico di 6-8 tonnellate per cm², contro 1,5 tonnellate per cm² dei compositi in fibre di carbonio. Inoltre, rispetto alle fibre di carbonio o alle più comuni fibre aramidiche, presenta un costo per chilogrammo inferiore di almeno dieci volte - nota Sozzani -. Con questa scoperta diventa finalmente possibile applicare un materiale più leggero, più resistente e più economico a differenti ambiti industriali: dall’automotive all’industria navale, passando per l’high tech e l’aerospaziale".

Il limite, per quanto concerne usi plastici del polimero, è che il materiale non può essere fuso in un estrusore o in un clindro di plastificazione, poiché il legame che mantiene allineate le catene è di tipo covalente, quindi irreversibile. "Per la lavorazione occorre un trattamento diverso da quello tradizionale di fusione e filatura: occorre eseguire in fase nativa un primo allineamento, parziale, delle catene lasciando margini per un successivo ordinamento in fase di filatura - nota Sozzani -. In questo momento siamo ancora in una fase di ricerca scientifica, e dobbiamo passare allo stadio tecnologico del processo".

Il procedimento è in corso di brevetto. Il passo successivo è cercare partner per trasformare la ricerca di base in uno sviluppo industriale che possa avere applicazioni nell'industria dei compositi avanzati. "Non ci sono passaggio oscuri o ipotetici per arrivare ad utilizzo industriale del materiale - conclude Sozzani -. Occorre solo mettere a punto soluzioni tecnologiche per utilizzarlo in modo efficiente. Ciò che ancora manca è la scalatura del processo per avere una ragionevole disponibilità di prodotto".

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