I materiali “bio-based” hanno origine biologica (e.g. biomasse) e non includono componenti derivanti da carbone o petrolio (origine fossile), che hanno il primario vantaggio di essere ottenibili da una fonte rinnovabile come le biomasse, magari in associazione a fonti di energia rinnovabile per ridurne ulteriormente la carbon footprint. Molti polimeri tradizionali sono già stati sostituibili con equivalenti bio-based, come ad esempio il polietilene (PE), il polietilene tereftalato (PET), la poliamide (PA), l’acido polilattico (PLA),  e il poliuretano (PU). Tuttavia i sistemi biobased variano grandemente per biocompatibilità, biodegradabilità (ref. EN 13432) e processabilità, caratteristiche fondamentali per diventare pervasive nel consumer market e contribuire alla transizione da un’economia lineare a quella circolare.

Presso i laboratori TIMAS del Centro di Brindisi una grande attenzione è dedicata alle bioplastiche e ai biocompositi, ossia materiali ottenuti a partire da materie prime derivate da fonti rinnovabili e che presentano indubbi vantaggi ambientali rispetto alle plastiche e ai compositi a base di polimeri sintetici tradizionali.

Il laboratorio è dotato di:

• Estrusore bivite con sistema di filmatura e pellettizzatore per la preparazione in continua di compound
• Estrusore monovite con sistema di filmatura per la produzione di film
• Mixer dispersivo per la preparazione a batch di compound termoplastici e caratterizzazione reologica del fuso
• Pressa a piatti caldi per la realizzazione di laminati  termoformabili
• Camera UL 94 e Cono calorimetrico (ISO 5660) per test di infiammabilità e reazione al fuoco sui materiali.
• Attrezzature minori per riduzione in scaglie o polvere dei materiali processati

Le attività sperimentali condotte nell’ambito di numerosi progetti hanno riguardato in particolare:

• Sviluppo di composti termoplastici a base di materiali biodegradabili per la preparazione di filamenti per stampanti 3D del tipo FDM. L’utilizzo di filamenti “bio” consente di ampliare ulteriormente i campi di applicazione di questa tecnologia ad esempio nel settore della produzione di oggetti monouso.
• Sviluppo di compositi a matrice biodegradabile (PLA) e fibre corte naturali come Lino e Canapa, residui o scarti di lavorazione della produzione agricola per applicazioni nei settori del packaging, dei trasporti e dell’edilizia.
• Fabbricazione di laminati termoformabili anche con strutture sandwich per stampaggio a caldo di tessuti con miscele PLA/Lino
• Messa a punto di composti biodegradabili sotto forma di film a base di PLA e plasticizzanti di origine naturale come il Cardanolo con proprietà antimicrobiche, per applicazioni nel settore del packaging.

Un particolare uso di questi materiali è la realizzazione di tessuti o feltri formati da nanofibre, ottenuti utilizzando una tecnica relativamente semplice, economica  e facilmente scalabile: l’Electrospinning o Elettrofilatura. Le proprietà principali dei feltri ottenuti per electrospinning  derivano principalmente dalla scala nanometrica delle fibre che li compongono, che conferisce loro un alto rapporto superficie-volume; inoltre possono essere prodotti con una porosità adeguata all’applicazione e possono essere funzionalizzati a seconda delle necessità, anche attraverso la formazione di blend con altri polimeri o la miscelazione con opportune nanocariche. Oltre ad essere essi stessi oggetti altamente performanti, tipicamente utilizzati nei settori biomedicale, elettronico, energetico o per la filtrazione e la sensoristica, possono essere usati come fasi di rinforzo in componenti massivi formati con matrici polimeriche di origine sintetica, per conferire loro migliori proprietà meccaniche o particolari proprietà funzionali.

Presso i laboratori di Brindisi sono stati messi a punto e realizzati dei feltri per Electrospinning a base di PLA (polylactic acid) e PCL (polycaprolactone) le cui nanofibre contengono  nanocellulosa, che conferisce loro un’alta idrofobicità  ed una resistenza meccanica varie volte superiore a quelle di analoghi materiali.

Presso i Laboratori TIMAS del Centro Ricerche Casaccia, esistono altre attività di ricerca e sviluppo “biobased”, rivolte alle bioplastiche (con ingredienti naturali o biodegradabili). Uno degli obiettivi centrali è lo sviluppo di pre-lavorati processabili con tecniche di advanced manufacturing, in particolare l’electrospinning ad elevato rendimento ed il 3D bioprinting multi tecnologia (e.g. estrusione, melt o solution-spinning, dispensing).

Queste attività si accoppiano allo sviluppo di materiali per applicazioni nel settore della salute (come ad esempio: ingegneria dei tessuti, cura delle ferite, rilascio di farmaci) mediante sistemi a base di glicani.

Presso i Laboratori TIMAS di Portici, prevale invece l’impiego di materiali naturali, bio-compatibili e bio-degradabili nella fabbricazione di dispositivi elettroottici ed elettronici, in collaborazione con il Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Napoli Federico II.

Design, sintesi, caratterizzazione e processing di materiali fluorescenti e/o fosforescenti sono ottenuti prendendo ispirazione da composti di origine naturale, a bassa tossicità, inseribili in dispositivi utilizzabili in presenza di organismi viventi, o a basso impatto ambientale in caso di rilascio.

Dispositivi luminescenti organici (OLED) sono stati fabbricati nei laboratori di Portici utilizzando tali materiali bio ispirati e bio degradabili come strati attivi del dispositivo e come substrato del dispositivo stesso.