Start date: 30 Nov 2023
End date: 29 Nov 2025
Project funding: € 224.000,00
UNIPI quota: € 88.000,00
Call title: PRIN PNRR 2022

UNIPI role: Scientific Partner
DICI Team Leader:  Maurizia Seggiani

 Titolo: Bio-nanocompositi a base di copolimeri di furandicarbossilato: contributo delle interfacce alle proprietà meccaniche, di barriera e di biodegradazione (bio-FURther)

I polimeri bio-based e biodegradabili, chiamati anche biopolimeri, sono considerati oggi una delle soluzioni più sostenibili rispetto ai polimeri tradizionali derivati dal petrolio. Questo perché aiutano a rispondere a problemi ambientali urgenti, come l'esaurimento delle risorse fossili, l'inquinamento da plastica e le emissioni di gas serra. Tra i biopolimeri, i poliesteri a base di furandicarbossilato stanno emergendo come una promettente alternativa ai più comuni poliesteri a base di tereftalato, poiché offrono proprietà superiori: sono più resistenti meccanicamente, più stabili a livello termico e proteggono meglio dai gas.

Tuttavia, se si cerca di rendere questi poliesteri più facilmente biodegradabili, ad esempio aggiungendo unità chimiche più semplici tramite copolimerizzazione, si rischia di ridurre le loro prestazioni meccaniche e di barriera. Un metodo efficace per compensare questo effetto negativo è l'aggiunta di nano-cariche, ovvero particelle di dimensioni nanometriche, che possono migliorare le proprietà del materiale, creando così nanocompositi.

Questo studio si concentrerà sulla creazione di nanocompositi bio-based e biodegradabili a base di copolimeri di furandicarbossilato, con l'obiettivo di ottenere materiali con ottime proprietà meccaniche, di barriera e di biodegradazione, utili per un ampio range di applicazioni.

Le nano-cariche, grazie alle loro piccolissime dimensioni, hanno una grande superficie rispetto al loro volume. Anche a basse concentrazioni, l’interazione tra il polimero e queste nano-particelle diventa significativa. Una delle sfide principali nella realizzazione di nanocompositi per applicazioni avanzate è capire e ottimizzare non solo le dimensioni e la forma delle nano-cariche, ma anche le proprietà delle interfasi tra il polimero e il nano filler. Lo studio contribuirà a comprendere meglio come queste interfacce influenzino le proprietà meccaniche, di barriera e la biodegradazione del materiale.

Saranno utilizzati diversi tipi di nano-cariche, che verranno eventualmente modificate chimicamente per migliorare l’interazione con il polimero. Le proprietà termiche, meccaniche, viscoelastiche, morfologiche, di barriera e di biodegradazione dei nanocompositi saranno analizzate, e verranno usate tecniche di modellazione per stimare alcune caratteristiche delle interfacce.

L'obiettivo finale è capire come i diversi parametri delle nano-cariche, come quantità, tipo, dimensione e forza dell’interazione con il polimero, influenzino le proprietà finali del materiale.

Altro personale coinvolto: Sara Filippi e Giovanni Polacco

Partners coinvolti: IPCF-CNR (sede di Pisa) e Università degli Studi di Bologna

ENG

Title: BIONANOCOMPOSITES OF FURANDICARBOXYLATE-BASED COPOLYMERS: CONTRIBUTION OF THE INTERPHASES TO THE MECHANICAL, BARRIER AND BIODEGRADATION PROPERTIES (bio-FURther)

Among bio-based and biodegradable polymers, furandicarboxylate-based polyesters have emerged as new interesting alternative to terephthalate-based polyesters.

All the furandicarboxylate-based polyesters exhibit better mechanical, thermal, and gas barrier properties with respect to the homologous terephthalic-based polyesters. The study will be focused on the preparation of promising bio-based and biodegradable nanocomposites of furandicarboxylate-based copolymers, with attractive performances for potentially wide applications. The production of nanocomposites for specific advanced applications requires a detailed knowledge of the structure and properties of the interphases between the polymer and nanofiller. Various nanofillers will be used for the preparation of the nanocomposites.

The aim of the study will be to identify how various macroscopic properties of the bio-based and biodegradable nanocomposites of furandicarboxylate-based copolymers are differently influenced by distinct nanofillers parameters.

Altro personale coinvolto: Sara Filippi e Giovanni Polacco

Partners coinvolti: IPCF-CNR (sede di Pisa) e Università degli Studi di Bologna