Quando i materiali cellulosici vengono utilizzati per la produzione di packaging, i fenomeni di adsorbimento e desorbimento dell’acqua durante la vita commerciale del prodotto svolgono un ruolo molto importante
Sono capaci infatti
d’influire sulle caratteristiche prestazionali di base, come le proprietà
meccaniche e la permeabilità ai gas e al vapore acqueo.
Questi effetti sono
stati spesso trascurati in passato, dal momento che la maggior parte dei
materiali cellulosici utilizzati nella produzione di carta e cartone non
necessita di proprietà barriera particolarmente elevate.
Un impiego più ampio dei materiali cellulosici
in alternativa ai polimeri da fonti fossili nelle applicazioni di packaging
alimentare, è spesso limitato proprio dalle scarse prestazioni di questi
materiali in termini di proprietà barriera.
Ultimamente, con il
diffondersi dei film in cellulosa rigenerata e delle bioplastiche, queste
proprietà hanno iniziato a essere richieste.
Sono state quindi
sviluppate speciali tecnologie di rivestimento in grado di coprire e proteggere
le superfici cellulosiche con vernici a base di copolimeri acrilici e PVDC. Oggi, la
produzione di nanocristalli di cellulosa e di cellulosa micro e nanofibrillata
rende la sensibilità all’umidità e la perdita delle proprietà barriera
problematiche di primaria importanza.
Diversi studi hanno
dimostrato le elevate proprietà barriera ai gas conferite dall’impiego di
nanocristalli di cellulosa (CNC) e nanofibre di cellulosa (CNF), sia come
rivestimenti applicati ai tradizionali film plastici, sia come cariche aggiunte
ai normali polimeri.
In effetti,
l’umidità può rivelarsi estremamente deleteria per le proprietà barriera ai gas
dei film rivestiti con CNC.
In linea di
massima, i polimeri
sintetici e i biopolimeri caratterizzati da un comportamento idrofilo e da una
polarità elevata presentano una bassa permeabilità a ossigeno e gas, se
asciutti, ma perdono tali proprietà quando le molecole d’acqua plastificano e
gonfiano la loro struttura originaria.
Questi
comportamenti sono ben noti e ampiamente studiati per poliammidi, poliesteri,
alcoli polivinilici e biopolimeri, mentre le conoscenze sono più limitate sugli
effetti dell’umidità e le proprietà barriera ai gas dei CNC, quando questi
vengono utilizzati come rivestimento da applicare sui tradizionali film
plastici destinati ad applicazioni di packaging alimentare.
L’obiettivo
della ricerca condotta da alcuni
ricercatori del Dipartimento di Chimica dell’Università degli Studi di Milano è
proprio quello di approfondire questo aspetto.
L’approccio
multidisciplinare adottato per comprendere l’interazione tra acqua e
nanocristalli di cellulosa ha generato uno scenario complesso, che ha condotto
a un’unica conclusione: è
fondamentale conservare le proprietà barriera ai gas offerte dai CNC limitando
il più possibile l’adsorbimento di umidità.
Nel caso di applicazioni pratiche quali i
materiali per packaging alimentare, la presenza di uno strato polimerico
idrofobo e sigillabile a protezione del rivestimento di CNC appare essenziale.