Le frontiere dei nuovi Cuoi intelligenti e circolari
A cura di Claudia Florio, Responsabile ricerca SSIP
Apparso su CPMC 1/2024
Nel dedalo di sfide che si sono avvicendate
negli ultimi decenni sui nuovi materiali ad
alta sostenibilità e circolarità per i prodotti di
punta del Made in Italy, la filiera del cuoio ha
mostrato di tenere il passo ed esser in grado
di districarsi nei più critici incroci tra fabbisogni
tecnologici e ambientali, talvolta in antitesi; la
rincorsa ad esplorare soluzioni sempre nuove
per abbattere l’impatto delle produzioni, per
impiegare processi e prodotti ad elevata
sostenibilità e per sperimentare nuovi
approcci per valorizzare gli scarti conciari, da
un lato; dall’altro, la necessità di soddisfare
le caratteristiche di qualità, durevolezza,
performance, gradevolezza merceologica e
sensoriale, cui si aggiunge, in tempi recenti,
il crescente fabbisogno di sviluppare cuoi
innovativi e prodotti ad elevato valore aggiunto,
che possano competere con i principali
materiali tecnologici per i settori della moda dello sport, dell’automotive e componenti di
interiors ad alta prestazione; in altri termini,
la necessità di sviluppare in tali ambiti veri
e propri esempi di “cuoi intelligenti” (smart
leathers), opportunamente funzionalizzati per il
conferimento di specifiche proprietà aggiunte.
A soddisfare tali esigenze, sul fronte
tecnologico, molto promettenti si sino
rivelate le nanotecnologie applicate al
settore conciario; l’impiego di nanoparticelle
per applicazioni in ambito conciario è stato a
più riprese sperimentato, in tempi recenti, per
lo sviluppo di prodotti in cuoio con proprietà
migliorative; tra le applicazioni più promettenti,
sono state nello specifico individuate, anche nell’ambito di pregressi studi della Stazione
Sperimentale, tecnologie per la dispesone di
nano-agenti nella rifinizione, per il conferimento
delle proprietà desiderate, come aumentata
conducibilità elettrica superficiale (Florio et al.,
2020), proprietà antimicrobiche, antiossidanti,
autopulenti, ecc. negli ultimi anni, tale filone
di ricerca promosso dalla SSIP, insieme al
suo partenariato, ha avuto un nuovo impulso,
grazie alle attività condotte nell’ambito del
Progetto SINAPSI, cofinanziato cofinanziato
dal (ex) Ministero dello Sviluppo Economico,
a valere sul Fondo per la Crescita Sostenibile
– Sportello “Fabbrica intelligente”; il progetto,
coordinato scientificamente dalla SSIP, ha
visto in qualità di partner aziende altamente
rappresentative nel campo della produzione
di pelli ovi-caprine per calzature e pelletteria,
come DMD SpA, capofila del progetto, nonché
di aziende virtuose nella produzione pelli
bovine per automotive, come LEVI Italia srl;
il progetto, ha inoltre potuto contare sulla
partecipazione di altri primari partner tecnici,
come Assomac, Centro Ricerche Fiat e Centro
di Ricerca Interdipartimentale NANO_MATES dell’Università di Salerno.
Proprio nell’ambito di tale progetto, che
ha prodotto numerosi risultati scientifici e
tecnologici relativi all’impiego di tecnologie
abilitanti per promuovere l’innovazione
sostenibile e circolare dei prodotti in cuoio,
sono state svolte attività, in collaborazione
con NANO_MATES – Università degli Studi
di Salerno, che hanno portato allo sviluppo
di una nanoparticella multi-funzionale, in
grado di conferire al cuoio simultaneamente
più proprietà. Lo studio, che ha portato ad
una domanda di brevetto internazionale
(Patent application “MULTIFUNCTIONAL
PARTICLE INCLUDING TITANIUM DIOXIDE,
SILVER, SILICON DIOXIDE” – PTC/
IB2023/063019/20/12/2023, nonché ad una
pubblicazione sulla rivista Scientific Reports
– Nature portfolio (Fierro F., et al., 2024),
ha riguardato, nello specifico, la sintesi di
nanoparticelle multifunzionali “flower-like”,da utilizzare nella rifinizione della pelle,
in grado di conferire simultaneamente
e sinergicamente al materiale attività
antimicrobica, autopulente, resistenza alla
luce, proprietà idrofobiche, meccaniche,
termiche e fluorescenti.
Tali nanoparticelle (NPs), sono state realizzate
partendo da NPs di Ag, TiO2
e SiO2
; tali
nanoparticelle, vanno a formare una struttura
“a forma di fiore” in cui il “pistillo” è formato
da NPs di TiO2
ed i “petali” che lo circondano
da nanoparticelle di argento e silice, le cui
dimensioni sono dell’ordine di dieci nanometri.
Le NPs multifunzionali “flower-like” sono state
caratterizzate sia dal punto di vista chimicofisico che morfologico-dimensionale,
attraverso diverse tecniche (Figure 1, 2 ,3, 4),
tra cui: Diffrazione di raggi X (XRD); Microscopia
Elettronica a Trasmissione (TEM); Microscopia
Elettronica a Scansione (SEM), accoppiata
una sonda per spettroscopia a raggi X a
dispersione di energia (EDS); Nanoparticles
Tracking Analysis (NTA); Termogravimentria
(TG-DTG); Spettroscopia Infrarossa FT-IR.
L’analisi TEM ha evidenziato la formazione di
nanoparticelle somiglianti morfologicamente
a “fiori” di dimensione uniforme (circa 65–70 nm di diametro), con nucleo di TiO2
(“pistillo”)
circondato da “petali”, di dimensioni più
piccole, costituiti da NPs di silice e di argento
(Figura 1).
La sintesi delle nanoparticelle flower-like è
avvenuta in diverse fasi: in primo luogo, le
nanoparticelle di titania sono state prodotte
mediante precipitazione chimica; queste sono
state poi aggiunte alla sintesi di nanoparticelle
d’argento, eseguita mediante il metodo
della decomposizione termica e, infine, le
nanoparticelle ottenute sono state introdotte
nel processo di sintesi di nanoparticelle
di silice, eseguita mediante un metodo di
micro-emulsione. Molecole fluorescenti di
natura organica sono state incorporate alle
nanoparticelle di silice. Le sintesi sono state
effettuate in reattori riscaldati, con capacità di
circa 5 L, per una produzione di 2–4 g/giorno,
sufficienti a soddisfare le esigenze delle linee
di produzione della pelle. Il processo è stato ottimizzato per ottenere
nanoparticelle multifunzionali ad elevata
capacità di dispersione e stabilità in ambienti
idrofili, al fine di poterle impiegare in
associazione ai prodotti chimici di rifinizione
comunemente impiegati; particolarmente,
nanoparticelle flower-like preparate a diverse
concentrazioni (mg/mL), sono state diverse
disperse in prodotti chimici di rifinizione
a base poliuretanica e miscelati grazie
all’utilizzo di una punta ad ultrasuoni.
Successivamente gli i prodotti di rifinizione
additivati di nanoparticelle flower-like
sono stati applicati sulla pelle mediante
spruzzatura in cabine di verniciatura
industriali, per l’ottenimento di pelli multifunzionalizzate, le cui prestazioni sono
state caratterizzate per valutare l’efficacia di
ciascuna proprietà conferita. I risultati ottenuti hanno evidenziato non
solo le migliorate caratteristiche attese, ma
anche comportamenti migliorativi rispetto
alle proprietà conferite singolarmente da
ciascuna nanoparticella, precedentemente
testate, con complessivo potenziamento/
amplificazione di tali proprietà attribuite agli
effetti sinergici scaturiti dalle etero-giunzioni tra specie diverse.
Le caratteristiche di valore aggiunto testate
hanno riguardato l’attività antimicrobica
verso i principali microrganismi in grado
di proliferare sulla superficie dei cui (sia
batteri che muffe), proprietà autopulenti,
aumentata idrorepellenza, caratteristiche
di fluorescenza ed aumentata resistenza
meccanica, particolarmente in riferimento
alla aumentata resistenza all’abrasione, a
fronte della diminuzione dello spessore della
rifinizione, con evidenti ricadute anche sul
piano merceologico e di impatto ambientale,
in relazione all’impiego minimizzato di
prodotti chimici.
Le particelle multifunzionali sono inoltre
state inglobate in film di rifinizione rinforzati
con micro e nano-fibre di cuoio derivanti da
scarti solidi conciari, con il risultato di ottenere
delle nuove generazioni di rifinizioni circolari
ad elevato valore aggiunto e performance.
Le basi gettate con tale lavoro, hanno creato
i presupposti per pianificare ulteriori sviluppi
delle innovazioni volte a conciliare l’esigenza
di ottenere materiali sempre più circolari
e, nel contempo, dalle proprietà e funzioni
aggiungete; l’evoluzione degli approcci
adottati ha riguardato prevalentemente il ricorso a materiali e molecole funzionalizzanti
derivanti da biomasse di scarto; un ulteriore
elemento è sato inoltre considerato, in grado
di accorciare le distanze tra i settori più
strategici del Made in Italy, promuovendo
di fatto la crescita dei principali segmenti
produttivi, in maniera sempre più integrata:
la possibilità di impiegare scarti di una
filiera, come risorsa dell’altra, costituisce il
paradigma dei principi di Simbiosi Industriale,
con implicazioni che si spostano sempre più
dalla frontiera della ricerca, a quella della
sperimentazione nella dimensione d’impresa.
Tali ulteriori elementi costituiscono i
fondamentali principi che animano il Progetto
4.01 SOLARIS – Sustainable Options for
Leather Advances and Recycling Innovative
Solutions, promosso e coordinato dalla SSIP,
nell’ambito Partenariato Esteso MICS (Made
in Italy Circolare e Sostenibile), finanziato dall’Unione Europea – NextGenerationEU –
PIANO NAZIONALE DI RIPRESA E RESILIENZA
(PNRR), e totalmente finalizzato a soddisfare
i fabbisogni di innovazione, sostenibilità,
circolarità e tracciabilità della filiera della
Pelle, in connessione con i settori tessile ed
agri-food. Il Progetto, incentrato proprio sull’impiego
di soluzioni per la sostenibilità della
produzione, la valorizzazione degli scarti
e la funzionalizzazione del prodotto, è
pertanto finalizzato a realizzare soluzioni
per la progettazione e lo sviluppo di
molecole e materiali da utilizzare nella
produzione di nuove generazioni di pelli
sostenibili ad alto valore aggiunto (smart
and sustainable leathers); in tale ambito
sono sperimentati approcci sostenibili per
la progettazione di nuovi materiali circolari
derivanti da scarti dell’industria conciaria
e di altre filiere che utilizzano biomasse
(in particolare agroalimentare e tessile),
secondo i principi della Simbiosi Industriale.
Tali sfide prevedono il ricorso a soluzioni
avanzate di green chemistry e tecnologie
abilitanti, promosse da un partenariato multidisciplinare, in grado di offrire una rete
di competenze e infrastrutture di ricerca
adeguate; il Progetto, infatti, che ha come
capofila SSIP, vede come partner l’Università
degli Studi di Napoli Federico II, il Politecnico
di Milano, il Politecnico di Torino, l’Università
degli studi di Padova, Università degli Studi
di Brescia, CNR – Consiglio Nazionale delle
Ricerche, che mettono in condivisione
le proprie competenze per assicurare la
trasversalità degli obiettivi contemplati.
Sul fronte della progettazione di approcci
per la valorizzazione degli scarti, in un’ottica
di Simbiosi Industriale, numerose sono le
soluzioni già in fase di sperimentazione
nell’ambito del Progetto, che prevedono il
ricorso a competenze verticali nel recupero di
scarti da bioraffinerie dei settori correlati, oltre
che dalla stessa industria conciaria; soluzioni
comprendenti: la ricerca e sperimentazione
di molecole concianti da scarti dell’industria
olearia; l’estrazione di molecole biobased
(fenoli e lignine) da biomasse di scarto
dell’industria agroalimentare, da applicare come agenti riempitivi/riconcianti nella
lavorazione della pelle; la sperimentazione
di ulteriori prodotti di recupero di tale filiera
per la rifinizione; approcci per il recupero ed
il reimpiego di nano-cellulosa dagli scarti
del tessile e relativo reimpiego in ambito
conciario (nella realizzazione di finishing
circolari ad elevato valore aggiunto); la ricerca
e sperimentazione di soluzioni per lo sviluppo
di ingrassi bio-based, come alternative ad oli
e grassi sintetici e di origine non rinnovabile;
le soluzioni individuate, comprendono in
sintesi l’impiego di molecole derivanti da
scarti di altre filiere, in grado di apportare alla
pelle e alle nuove generazioni di materiali
circolari funzioni aggiunte, come proprietà
antiossidanti, di aumentata resistenza e
idrorepellenza, proprietà antifiamma.
Obiettivi ambiziosi, resi possibili dalla
sinergia tra i soci pubblici e privati della
Fondazione MICS – l’ente gestore della
più grande ricerca di base in forma di
partenariato esteso mai realizzata nel nostro
Paese sui temi della Circolarità e Sostenibilità
dei prodotti e dei processi del Made in Italy.
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