Nuove Ipotesi di Conce eco-compatibili “Metal Free”
Sempre maggiore risulta la necessità di trovare un’alternativa alla concia al cromo a causa della sua potenziale pericolosità sul pellame finito, come per l’impatto ambientale nel suo fine vita.
Il cromo presenta problemi ecologici nel momento in cui si devono riciclare le pelli o eliminare gli scarti di lavorazione. Nel processo di concia viene usato il solfato di cromo, trivalente, che non è né nocivo per l’ambiente, né tanto meno è tossico per la salute umana. Questo metallo però può trasformarsi, in particolari condizioni di temperatura, umidità e pH nel più pericoloso cromo esavalente che si può formare nella pelle conciata oppure durante il suo incenerimento per il recupero e lo smaltimento dei manufatti usati.
Per risolvere le problematiche ecologiche dovute alla presenza di cromo nelle pelli, si è ricorso all’utilizzo di prodotti concianti di matrice organica, che non contengono metalli. Esistono innumerevoli esempi di concia con prodotti organici di vario tipo che vanno dalle aldeidi, ai tannini vegetali o sintetici, ma nessuno di essi da risultati particolarmente soddisfacenti; la concia cosiddetta “metal free” non da le stesse caratteristiche fisiche ed estetiche della concia al cromo e presenta vari problemi, diversi a seconda della destinazione d’uso.
In aggiunta, con la concia al cromo non si riesce ad ottenere pelli con tonalità di colore intenso e, dal punto di vista tecnico è, inoltre, necessario un trattamento preliminare della pelle detto pickel, il quale comporta un notevole impiego di sali clorurati e solfati che vanno ad accumularsi nelle acque di scarico pregiudicandone la qualità ecologica e imponendo un indispensabile trattamento specifico delle acque reflue.
Un’altra classe di prodotti interessanti in questo ambito sono composti ibridi organici\inorganici contenenti il gruppo epossidico e quello alcossisilano.
La sperimentazione su questo tipo di prodotti è giustificata dal fatto hanno reattività e dimensioni adeguate per una reticolazione e stabilizzazione delle proteine collageniche della pelle da conciare.
Alla luce di queste considerazioni, lo studio sperimenta la possibilità di utilizzare sostanze contenenti il gruppo reattivo epossidico e la ricerca di un nuovo prodotto/processo per la concia.
Un esempio recente mira all’utilizzo del Glymo (3-glicidossipropiltrimetossisilano) caratterizzato dalla presenza di un gruppo epossido ad una estremità, da una catena alifatica e da un atomo di silicio legato a tre gruppi metossi all’altra estremità.
Il suo comportamento nella concia, in prima analisi, può essere assimilato a quello delle resine epossidiche, già sperimentato in altri studi. Oltre a questo, l’altra estremità della molecola potrebbe essere fondamentale nelle formazione dei cross-link, una sorta di ponti tra le proteine che potrebbero migliore la stabilità della pelle.
Caratteristiche chimiche
Il 3-glicidossipropiltrimetossisilano o glymo è una molecola formata da un gruppo epossidico legato ad una catena alifatica composta da quattro atomi di carbonio intervallati da un atomo di ossigeno dopo il primo carbonio. All’altra estremità si trova un atomo di silicio legato a tre gruppi metossi, ovvero –OCH3:
Il gruppo epossidico rende reattivo il glymo al pari di una resina epossidica. Le reazioni principali sono quelle di l’apertura dell’anello ossiranico, che può avvenire sia ad opera di acidi (Figura 2) che di nucleofili (Figura 3). In entrambi i casi, dopo l’apertura dell’anello si verificano reazioni di addizione nucleofila:
La reazione di addizione nucleofila con l’epossido può avvenire anche con l’acqua essendo essa un buon nucleofilo; questo porterebbe ad una apertura dell’anello e formazione di un diolo o dimeri poco utili ai fini che ci si propone. Si tratta, però, come evidenziato dalla Tabella 2.2, di una reazione molto lenta nelle condizioni di reazione ipotizzate.
Il glymo possiede, all’altra estremità della molecola, una molecola silossanica, costituita cioè da un atomo di silicio legato a tre gruppi metossi. Questi si idrolizzano in ambiente acido o in ambiente basico con la formazione di metanolo e sostituzione del metile con un idrogeno. La reazione di idrolisi avviene con meccanismo differente a seconda del pH, ma può essere sinteticamente visualizzata come in Figura 4:
Il pH, come già detto, influenza la reazione, infatti, sia a pH acidi che basici la reazione avviene più velocemente, come illustra il grafico di Figura 5:
La reazione che avviene con questo tipo di molecole è di polimerizzazione e si prospetta interessante per la possibilità di reticolazione tridimensionale attraverso la parte silossanica dopo l’idrolisi e successiva condensazione come evidenziato in Figura.6:
Reazioni con il collagene
La molecola di glymo può reagire con gli amminoacidi del collagene attraverso i suo gruppo epossidico; mentre il gruppo Si-OH è reattivo nei confronti di altri gruppi analoghi di un’altra molecola di glymo o di silicati inorganici vari per generare le reticolazioni necessarie a stabilizzare le proteine della pelle.
Il glymo, come le resine epossidiche, reagisce sia a pH acido che a pH basico con i gruppi amminici (–NH2), con i quali avviene una reazione di addizione nucleofila, mentre a pH basici con i gruppi carbossilici (–COOH), attraverso reazione di esterificazione. Si è preferito far avvenire la reazione a pH basici poiché l’epossido del glymo si presume abbia una maggiore reattività verso i gruppi carbossilici anziché amminici. Questo è importante poiché i gruppi amminici servono anche per legare gli ingrassi e i coloranti (sostanze anioniche) nei processi successivi, quindi lasciarne buona parte liberi significa avere maggiore versatilità di lavorazione nelle fasi successive.
I legami che si formano tra gli amminoacidi e le molecole di glymo sono di tipo covalente e formano una struttura analoga a quella in Figura 7:
Si evidenzia che la reticolazione che si intende indurre al glymo sul collagene può derivare dalla polimerizzazione dell’estremità silossanica per mezzo della formazione di una matrice organica-vetrosa stabilizzante.
Diversi studi hanno dimostrato che la concia con prodotti a matrice silicica, come la silice (SiO2), può dare ottimi risultati, in particolare se si utilizzano nanoparticelle di silice.
Le reazioni di polimerizzazione potrebbero avvenire mediante i meccanismi esposti precedentemente: una prima reazione di idrolisi stacca i metili del gruppo metossi legati al silicio, che vengono sostituiti da un gruppo –OH. In seguito, le molecole di glymo legate che si trovano adiacenti lungo le catene di collagene possono unirsi mediante una reazione di condensazione che genera una sorta di reticolazione. Per indurre ulteriori reazioni di reticolazione si sono possono introdurre anche altre molecole a matrice silicica, come il metasilicato di sodio (Na2SiO3) o le nano-particelle di silice. Tali molecole dovrebbero favorire la formazione di cross-link legando tra loro molecole di glymo situate a distanze maggiori.
Articolo a cura di Marco Nogarole
Responsabile Ufficio Distretto Arzignano SSIP
Pubblicato il: 12 Gen 2022 alle 09:38