Utente:Elisa Paglia/Sandbox

Biopolimero

I biopolimeri, come dice la parola stessa, sono polimeri di origine biologica che possono essere già presenti in natura o sintetizzati dall'uomo.

Definizione

Esistono diverse definizioni di biopolimero, di seguito ne vengono elencate alcune:

"Denominazione comunemente usata per designare le macromolecole di interesse biologico."

"Classe di biomateriali comprendente macromolecole (polimeri) che presentano varie applicazioni: in oftalmologia (lenti a contatto, cornee artificiali); in ortopedia (cementi ossei, protesi di tendini o legamenti); in chirurgia vascolare e in ematologia (protesi vascolari, materiali con proprietà anticoagulanti); nella fabbricazione di membrane per ossigenatori e dialisi."

"Polimero di interesse biologico."

"Un polimero costituito, almeno in parte, da blocchi costitutivi denominati monomeri, prodotti da materie prime rinnovabili come il mais. Una definizione alternativa per il biopolimero, comprende tutti i polimeri biologicamente prodotti come DNA, RNA e proteine."

"I biopolimeri sono sostanze organiche presenti in risorse naturali."

"[...] materiale polimerico estratto direttamente o prodotto indirettamente da biomassa."

Biopolimeri naturali

I biopolimeri naturali non sono altro che macromolecole polimeriche, ovvero composte da unità monomeriche legate covalentemente tra loro, prodotte da organismi viventi.

Origine

Possono essere estratti direttamente dalla biomassa (es. amido, cellulosa, caseina, collagene, glutine, cera, olio, seta, lana) oppure essere prodotti da microrganismi (es. poliidrossialcanoati o PHA, xantano, acido polilattico - PLA).

Classificazione

Si suddividono in 3 classi fondamentali in base al le unità monomeriche che li compongono:

1. polinucleotidi - DNA e RNA
2. polipeptidi e proteine - costituiti da amminoacidi
3. polisaccaridi - costituiti da carboidrati

Funzioni

Tra le funzioni principali di questi composti troviamo:

• strutturale: pareti cellulari, esoscheletro, ecc...
• sostegno e movimento: actina, miosina, collagene
• catalitica: enzimi
• di trasporto: emoglobina
• riproduttiva: DNA, RNA
• regolatrice: eparina, ormoni
• di riserva: ovalbumina, caseina
• protettiva: anticorpi

Biopolimeri artificiali

I biopolimeri artificiali, spesso chiamati anche polimeri bioderivati o polimeri a base bio, non esistono normalmente in natura ma vengono sintetizzati dall'uomo a partire da unità monomeriche provenienti da organismi viventi (es. viscosa, biodisel). Risultano più semplici di quelli naturali e hanno una massa molecolare diversa. Trovano inoltre ampia applicazione in diversi settori.

Essendo sintetizzati a partire da materie prime naturali, i biopolimeri artificiali possono essere biodegradabili, rinnovabili, non generano carichi ambientali, potenzialmente biocompatibili e la loro struttura può essere manipolata geneticamente. Allo stesso tempo però vanno incontro a una prematura degradazione, sono economicamente sfavorevoli, hanno alti costi di produzione, se ne deve attentamente valutare l'uso in campo medico e farmaceutico, e molto altro.

Usi

Imballaggi

Molto è stato fatto negli ultimi anni in questo settore al fine di passare da imballaggi in plastica derivata dal petrolio a quelli derivati da piante o altri materiali biologici. A livello europeo esistono diverse strategie e politiche per lo sviluppo tecnologico in questo settore:

• EU Bioeconomy Strategy (2018)
• EU Plastic Strategy (2018)
• EU Green Deal (2019)
• New EU Circular Economy Action Plan (2020)
• EU Climate Law (2021)
• EU Taxonomy (2020)
• Packaging & Packaging Waste Regulation (review 2022)
• Waste Framework Directive (review 2023)
• Single-Use Plastics Directive (2019)
• EU rules on recycled plastics for food-contact materials (2022)
• Substantiating claims on environmental performance (2022)
• Sustainable Products Initiative (2022) - Proposal on ecodesign for sustainable products Regulation
• Policy Framework for biobased, biodegradable and compostable plastics (2022)
• Sustainable Carbon Cycles (2021)

Gli imballaggi prodotti da biopolimeri possono essere o meno biodegradabili ed esistono addirittura imballaggi utilizzati in ambito alimentare che sono edibili. Allo stato attuale gli imballaggi da biopolimeri trovano applicazione principalmente in ambito alimentare e agricolo come: vaschette espanse per l'ortofrutta, reti estruse e tessute, vassoi rigidi, piatti, posate, bicchieri, pacciamatura e legacci, capsule del caffè, vasi, protettori a spirale per gli alberi, griglie di rinforzo a terra, vaschette da forno, sacchetti per il tè, bottiglie, borse per la spesa, film.

In ambito alimentare, i biopolimeri vengono utilizzati sia come imballaggi primari (a diretto contatto con il cibo) che secondari. Attualmente sono allo studio imballaggi primari in grado di prolungare la shelf-life di prodotti freschi, congelati o trasformati grazie alla riduzione del trasferimento di gas, umidità, lipidi, aromi e altri componenti.

Un altro interessante progetto denominato NEWGENPACK (New generation of functional cellulose fibre based packaging materials for sustainability), coordinato dalla Sheffield Hallam University e finanziato dal Seventh Framework Programme of the European Community for research, technological development and demonstration activities (FP7), portato avanti tra il 2007 e il 2013, ha portato alla creazione di un imballaggio sostenibile in materiale composito di nuova generazione, di un imballaggio attivo a base di fibre di cellulosa e ha sviluppato con successo tecnologie barriera e attive in grado di migliorare le prestazioni e quindi l’impiego dei materiali da imballaggio a base di cellulosa, privi di emissioni di CO₂.

Settore biomedico

Oltre agli ovvi impieghi di queste sostanze in campo medico e farmaceutico, esse vengono utilizzate per realizzare:

• capsule per medicinali
• pastiglie a rilascio controllato
• scaffolds di supporto alla formazione di tessuti tridimensionali
• impianti chirurgici
• impianti dentali
• fili di sutura bioriassorbili
• viti bioriassorbili per fratture ossee
• protesi vascolari
• membrane antiaderenti per ferite
• pelle artificiale
• sistemi transdermici
• drug delivery
• idrogel biocompatibili
• mascherine e filtri

Settore edilizio

In questo settore vengono utilizzati in applicazioni non strutturali (es. elementi di arredo), ma il loro uso principale è come additivi nella preparazione del calcestruzzo, intonaci, gesso, malta, ecc. migliorando lo scorrimento e facilitandone la posa, rallentando l'indurimento, aumentando l'idrofilia e facilitando la miscelazione. Alcuni vengono anche utilizzati nella realizzazione di componenti elettrici.

Settore tessile

Negli ultimi anni, alle fibre utilizzate ormai da centinaia di anni come la lana e la seta, si sono affiancati filati in crabion, ottenuto a partire dal chitosano, e quelli ottenuti dalle fibre dell'ananas. Dato l'elevato impatto ambientale del settore sono in corso svariate ricerche di materiali alternativi non soltanto per la realizzazione di capi di abbigliamento, ma anche per l'arredamento e le calzature

Settore automobilistico

Molte case automobilistiche stanno investendo nella ricerca e sviluppo di nuovi materiali a basso impatto ambientale con cui sostituire i componenti in plastica presenti sia all'interno che all'esterno dei veicoli tra cui: cruscotto, sedili, tettuccio e rivestimento del fondo.

Altri impieghi

Ulteriori impieghi dei biopolimeri sono: addensanti per la colla, sacchetti per la lavanderia, leganti nelle ceramiche, reti e corde per la pesca industriale, contenitori di cosmetici, articoli monouso (come rasoi, utensili, pannolini), proiettili per Airsoft, gettoni promozionali, cartoline, badge, display, clip, guarnizioni, giocattoli e sacchetti per i rifiuti. Alcuni possono essere usati nella stampa 3D, ma richiedono tempo per solidificare durante la fase di raffreddamento.

Enti di certificazione

I biopolimeri biodegradabili e compostabili devono soddisfare regole precise e pertanto esistono diversi enti di certificazione che ne verificano le caratteristiche, tra cui:

• ASTM International
• ISO
• Comitato Europeo di Normazione (CEN)
• US Composting Council (USCC)
• Vincotte (Belgio)
• DIN CERTCO (Germania)
• Consorzio Italiano Compostatori (C.I.C.)
• Japan Bioplastic Association (JBPA)

Bibliografia

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