Approcci diagnostici per l’impiego efficiente di nano-tecnologie conciarie
Il conferimento di specifiche proprietà di valore aggiunto ai cuoi di ultima generazione costituisce un obiettivo sempre più ricercato per consentire ad un materiale, di così antica tradizione, di sostenere le continue sfide tecnologiche in materia di sviluppo di smart materials, sfide che interessano un mercato prevalentemente caratterizzato da materiali alternativi ad alta prestazione tecnologica.
Il ricorso a nano-tecnologie in ambito conciario rappresenta una soluzione in grado di rispondere in maniera efficace a tale esigenza, come dimostra l’esperienza recente della SSIP e del suo partenariato di ricerca in tale ambito. Particolarmente promettente è risultato nello specifico l’impiego di nanoparticelle in rifinizione, al fine di conferire proprietà migliorative o specifiche funzionalizzazioni (aumentata resistenza all’usura, alla luce, proprietà antimicrobiche, proprietà antiossidanti). Nell’ambito del Progetto SINAPSI (Sistemi evoluti e Nanotecnologie per la fabbricazione di Pelli Sostenibili ed Innovative, a valere sull’Avviso Progetti di R&D Fabbrica Intelligente, ex MISE), nella fattispecie, tali proprietà sono state conferite mediante impiego, di nano-particelle (NPs) funzionalizzate di Ag, SiO2, TiO2, anche contestualmente, per lo sviluppo di prodotti multi-funzionalizzati.
Aspetto derimente nella verifica dell’efficacia dei trattamenti applicati, è la possibilità di monitorare le caratteristiche intrinseche e di distribuzione dei nano-agenti, sia in fase di preparativa dei formulati, che dopo l’applicazione di questi alla superficie dei cuoi. Approcci multi-diagnostici, che prevedano l’impiego di diverse tecniche di caratterizzazione, si rendono necessari in tal senso (Fig.1).
Fig. 1: alcune delle tecniche diagnostiche di maggiore utilità per il monitoraggio delle caratteristiche delle nanoparticelle funzionalizzanti i cuoi.
In tale contesto, le tecniche di microscopia elettronica, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM), possono risultare efficaci per evidenziare alcuni specifici aspetti riguardo l’efficacia della dispersione di nanoparticelle nei formulati di rifinizione e sulla superficie delle pelli trattate; a titolo esemplificativo, come si può osservare dalla figura 2, la presenza di eventuali agglomerati macroscopici di NPs, può essere efficacemente rilevata dalla analisi morfologica al SEM, coadiuvata dalla microanalisi con X-ray Porbe. Al contrario, una mancata identificazione degli agenti ricercati, sia all’analisi morfologica che attraverso l’analisi della composizione elementare al SEM-EDX, evidenzia un buon livello di dispersione.
Un ulteriore approfondimento sulla morfologia e dimensione delle Nps è possibile, in prima battuta, attraverso l’analisi al TEM (Figura 3).
Fig. 3: esame al TEM di NPs di Ag
Per avere conoscenze più approfondite sulle caratteristiche strutturali e dimensioni delle NPs, può tuttavia risultare necessario ricorrere ad ulteriori tecniche, con particolare riferimento alla diffrattometria dei raggi X (XRD), che misura gli sforzi residui con la diffrazione dei raggi X in materiali mono e policristallini ed alla tecnica di caratterizzazione NTA (Nanoparticles Tracking Analysis), che utilizza le proprietà della diffusione della luce e del moto Browniano per ottenere una distribuzione granulometrica dei campioni dispersi in una
soluzione liquida (nell’ordine della nanoscala) (Figure 4 e 5).
Fig. 4: Esame XRD di NPs
Tali tecniche sono risultate efficienti anche a monitorare gli effetti delle funzionalizzazioni applicate alle NPs per consentirne una migliore dispersione nei chemicals a base acquosa, utili per le applicazioni in conceria. Ulteriori informazioni riguardo la conferma dell’avvenuta funzonalizzazione, attraverso piccole molecole organiche con gruppi funzionali polari, è possibile mediante tecniche come Analisi Termogravimetrica (TG-DTG) e Analisi Spettroscopica (FT-IR) (Figure 6 e 7).
Sviluppi futuri riguardo agli aspetti di monitoraggio dell’efficienza delle dispersioni di NPs nei film di rifinizione, comprendono infine sistemi di Controllo Non Distruttivo, che si prestano ad essere impiegati efficacemente anche in ambiente di lavoro, restituendo informazioni fondamentale in tempi estremamente rapidi, come nel caso di un sistema di Spettroscopia NIR (Near Infrared Spectroscopy), impiegato per monitorare la dispersione delle NPs metal-based disperese nei polimeri di rifinizione, al fine di conferire alle nuove generazioni di cuoi le proprietà aggiunte sopra descritte (Figura 8).
A cura di Claudia Florio
Responsabile Scientifico Programmi di Ricerca
Pubblicato il: 13 Set 2023 alle 13:14