Il PLA alla prova dei 100°C

L’ultimo sviluppo delle bioplastiche di un professore dell’Università di Akron (UA) ha il potenziale per compiere importanti passi avanti nella sostenibilità delle plastiche future. Nel laboratorio di Shi-Qing Wang della School of Polymer Science and Polymer Engineering di UA, il team si sta concentrando su una ricerca che mostra strategie efficaci per trasformare polimeri fragili in materiali resistenti e flessibili. Ad esempio, il gruppo ha recentemente prodotto un prototipo di tazza in PLA trasparente, super resistente e che non si restringe quando viene riempita con acqua bollente.

“La plastica è diventata una parte essenziale della nostra vita quotidiana, anche se la maggior parte non può essere riciclata e quindi si accumula nelle discariche”, dice Wang, che attualmente è Kumho Polymer Science Professor. “Alcune promettenti alternative biodegradabili/compostabili, come il PLA, in genere non sono abbastanza forti da sostituire i tradizionali polimeri a base di combustibili fossili come il PET perché questi materiali sostenibili sono fragili”.

Ramani Narayan, professore presso il Dipartimento di ingegneria chimica e scienza dei materiali della Michigan State University e scienziato nel campo delle bioplastiche, afferma che la ricerca di Wang ha il potenziale per essere una svolta nel mercato del PLA.

“Il PLA è il più importante polimero a base biologica e completamente compostabile“, afferma Narayan. “Ma ha una bassa tenacità e una bassa temperatura di deformazione termica. Si ammorbidisce e collassa strutturalmente intorno ai 140 gradi Fahrenheit, rendendolo inutilizzabile in molte applicazioni di imballaggio di alimenti caldi e contenitori usa e getta. La ricerca del dottor Wang potrebbe essere dirompente perché il suo prototipo di tazza in PLA è resistente, trasparente e tuttavia rigido per contenere l’acqua bollente”.

L’esempio degli spaghetti

Wang, che ha insegnato alla UA per 20 anni, ha cercato di stabilire una base di conoscenze per comprendere il rapporto tra lavorazione e struttura-proprietà per varie plastiche e applicare quelle più recenti per affrontare la famigerata fragilità del PLA.

Per spiegare la scienza alla base di come il suo prototipo di tazza in PLA è in grado di acquisire duttilità e ottenere resistenza al calore, Wang utilizza l’analogia degli spaghetti cotti. Se il PLA fuso viene ingrandito di un milione di volte, ogni molecola simile a una catena sembrerebbe un filo di spaghetti, di molti metri di lunghezza. Affinché le termoplastiche (incluso il PLA) siano resistenti, è importante che la cristallizzazione non rimuova o interrompa l’intreccio dei “fili di spaghetti”.

Wang chiama questa struttura intrecciata la “rete di catene”. È attraverso una tale struttura che chiunque può raccogliere quasi tutti i fili di spaghetti da una ciotola con un paio di bacchette. Questa rete di catene, se opportunamente manipolata, garantisce che la tazza in PLA sia meccanicamente resistente senza cristallizzazione. Ma una tazza di questo tipo collassa quando viene versata acqua bollente.

“Le tazze realizzate con PLA normalmente cristallizzato possono contenere acqua bollente ma sono terribilmente fragili e opache”, ha detto Wang.

Studiando l’origine della duttilità nei polimeri semicristallini, il gruppo di ricerca di Wang ha scoperto un modo per limitare i cristalli a scale nanoscopiche nel PLA preservando la rete, ottenendo una tazza trasparente e resistente al calore. Una tazza così trasparente può contenere tè e caffè caldi e potrebbe sostituire la maggior parte delle tazze di plastica per bevande sul mercato.

“L’impatto della nostra nuova comprensione potrebbe finalmente stimolare il mercato del PLA a crescere in modo esponenziale”, afferma Wang.

La ricerca è supportata, in parte, dalla National Science Foundation. Un brevetto statunitense su come modificare i materiali a base di PLA è stato depositato tramite l’Ufficio per il trasferimento tecnologico di UA.