NEWSLETTER RICERCA E INNOVAZIONE N. 17

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UNIONE INDUSTRIALE PRATESE perpendicolare. La Figura 2 esemplifica il comportamento di un materiale auxetico. In natura esistono materiali auxetici (il sughero, le ossa…) mentre altri possono essere prodotti dall’uomo (alcune schiume per esempio). I materiali auxetici possono essere ottenuti, partendo da comuni materiali, conferendo loro Newsletter n. 17 ce richieste, devono avere spessori di circa 1 cm mentre, in prospettiva, i materiali auxetici garantiranno le medesime performance con spessori assai minori e con la possibilità di adattarsi ai movimenti dell’utilizzatore. Basandosi su studi iniziati nei primi ’90 che indicavano che polimeri costituiti da cristalli liquidi potevano essere utilizzati a tale scopo, una equipe di ricercatori statunitensi ritenendo che un polimero formato da cristalli liquidi possa acquisire proprietà auxetiche, ne ha sintetizzato uno in cui sono state innestate strutture laterali rigide su base aromatica (bifenili, Figura 2 una macro-struttura, particolare, a nido d’ape. La Figura 3 illustra un esempio di materiale auxetico, ottenuto con struttura a nido d’ape, nella condzione di tensione nulla. La Figura 4, invece, mostra il materiale sottoposto a trazione. Il coefficiente di Poisson negativo garantisce proprietà interessanti ai materiali quali un aumento di durezza e di resistenza al taglio, ma spesso questo va, in parte, a svantaggio dell’elasticità. Realizzando tessuti a maglia o ortogonali ottenuti con filamenti a singola o più bave costituiti da polimeri auxetici è possibile realizzare tessuti con proprietà non convenzionali. Va sottolineato che per polimeri auxetici s’intende non quei polimeri che manifestano caratte Figura 3 ristiche auxeti che perché macro-strutturati a nido d’ape, bensì i polimeri modificati ad hoc a livello molecolare per conferirgli microstrutture auxetiche. In tal modo tali filati potrebbero manifestare proprietà auxetiche indipendentemente dalla macro-struttura utilizzata. I tessuti realizzati con fibre auxetiche possono essere utilizzati per ottenere giubbotti antiproiettile, caschi militari ecc. Attualmente i materiali protettivi convenzionali, per garantire le performan- Figura 5 Figura 4 trifenili, quadrifenili, pentafenili) con angoli variabili fra 0 e 75°. La fase di ricerca successiva consisterà nell’innestare strutture laterali con angoli di 90°. In Figura 5 è rappresentato un esempio dei polimeri sintetizzati: le parti evidenziate costituiscono i gruppi introdotti che rendono le fibre auxetiche a livello molecolare. Le maggiori attese, secondo i ricercatori, riguardano proprietà meccaniche quali resistenza agli impatti, assorbimento di energia durante un urto e la resistenza alla frattura ed al taglio. UNIONE INDUSTRIALE PRATESE - Newsletter Ricerca e Innovazione n. 17 del 21/12/2005 8
UNIONE INDUSTRIALE PRATESE Newsletter n. 17 In Figura 1 è rappresentato lo schema dell’intero processo: la prima formula schematizza la struttura policarbossilica del cotone, la seconda la struttura del cotone carbossimetilato e la terza quella del cotone “antibatterico”. I campioni ottenuti sono stati sottoposti a test per misurarne l’attività antimicrobica: sono stati Figura 1 Tessuti di cotone antibatterici mediante nitrato d’argento E’ stato sviluppato un processo, costituito da tre fasi, finalizzato alla produzione di cotone carbossimetilato a cui viene legato argento, in modo permanente, che gli fornisce caratteristiche antibatteriche. Tale materiale, per esempio, può essere usato, in ambito medico, per garze/bende (TNT o a maglia), per la cura di ustioni o ulcere. Per realizzare la reazione di carbossimetilazione è stato scelto un processo acquoso che consente di ottenere solo bassi gradi di sostituzione (intorno a 0,25), ma preserva l’integrità delle fibre e garantisce valori ottimali di traspirabilità, rigonfiamento, idrofilia e, soprattutto, genera una superficie con le caratteristiche di un gel. L’agente antimicrobico è il nitrato d’argento, il suo uso, come antiseptico, è noto da molto tempo. Ad elevate concentrazioni esso risulta tossico per i tessuti viventi ma, in concentrazioni dello 0,5% in soluzione acquosa, mostra un significativo effetto antimicrobico senza risultare tossico. In tali condizioni esso è usato per curare ulcere o ferite da ustioni. Il processo realizza una reazione di scambio fra lo ione sodio, introdotto sul cotone con la carbossimetilazione, e lo ione argento, che è il vero responsabile dell’attività antibatterica. Si realizza così un parziale sostituzione dello ione sodio con quello di argento. Operativamente il processo consiste in: 1. Carbossimetilazione: i campioni di cotone sono trattati con una soluzione di acqua/ etanolo 1/9 in presenza di soda caustica e acido monocloroacetico. 2. Reazione di scambio: i campioni provenienti dalla fase 1 sono trattati a temperatura ambiente con una soluzione di etanolo/acqua 85/15 e acido acetico glaciale per tempi variabili (da 20 minuti a 4 ore) e successivamente spremuti per rimuovere l’eccesso di prodotti chimici. 3. Reazione di scambio: i campioni provenienti dalla fase 2 sono trattati con una soluzione di etanolo/acqua 85/15 contenente nitrato d’argento ad una concentrazione variabile fra 0,1 e 0,2% a temperatura ambiente per un tempo variabile da 20 minuti a 4 ore, quindi sono spremuti ed essiccati a 122°C. Figura 2 utilizzati i metodi AATCC 30 e Test Method 0923 (meglio noto come Dow Corning Method) impiegando come batteri prova sia lo Staphylococcus aureus, battere Gram-positivo, sia la Klebsiella pneumoniae, battere Gram-negativo ed un metodo diffusionale in agar descritto in letteratura (AATCC Rev. 2 (12), pp 15-17 del 2002), specifico per cotone che ha subito finissaggi antibatterici. Il campione che ha dato i risultati migliori è un tessuto a maglia con elevate caratteristiche di gelificazione superficiale; esso presenta, sia nei confronti dello Staphylococcus aureus, sia della Klebsiella pneumonite, una riduzione dell’attività batterica pari al 99,95% già dopo 1 ora. Le tradizionali garze già esplicano la funzione antibatterica, essendo imbevute con una soluzione acquosa di nitrato d’argento ma non hanno una ritenzione di argento equivalente a quella dei tessuti oggetto dello studio. Per evidenziare le migliori caratteristiche dei campioni carbossimetilati è stato eseguito un Dunk-and-Drain Test modificato per confrontare il tessuto a maglia citato in precedenza (indicato con Camp nella Figura 2) con lo stesso tessuto non carbossimetilato (indicato con Rif nella Figura 2). Come si può osservare la ritenzione di argento nel tessuto carbossimetilato è molto più elevata e si mantiene più a lungo nel tempo. UNIONE INDUSTRIALE PRATESE - Newsletter Ricerca e Innovazione n. 17 del 21/12/2005 9
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