Utilizzo di nanofibre di cellulosa TEMPO-ossidate come additivi nei materiali da costruzione a base biologica.

Uno studio preliminare sugli intonaci a base terrosa.

È stato pubblicato sulla rivista Materials (MDPI) l’articolo

Can TEMPO-Oxidized Cellulose Nanofibers Be Used as Additives in Bio-Based Building Materials? A Preliminary Study on Earth Plasters

che riporta i risultati di una ricerca svolta dal Politecnico di Milano (Dipartimento di chimica, materiali e ingegneria chimica "Giulio Natta"), in collaborazione con Innovhub SSI, come proseguimento e sviluppo del lavoro svolto nell’ambito di un Dottorato di ricerca finanziato dai due enti.

L'interesse verso le nanofibre di cellulosa ottenute da fonti di materia prima vergine e di scarto ha avuto recentemente una crescita significativa, soprattutto per la crescente sensibilità verso il concetto di economia circolare e a seguito degli alti livelli di riciclo della carta raggiunti negli ultimi anni.

Lo studio si focalizza sulla caratterizzazione delle nanofibre ottenute da diverse fonti di cellulosa, mediante un particolare processo di pre-trattamento e omogeneizzazione, in relazione al loro utilizzo come additivi per materiali da intonaco terrosi. 

Come materiale di base per gli intonaci sono stati utilizzati due diversi campioni di terra cruda che sono stati oggetto di prove di laboratorio geotecniche e analisi mineralogiche: un'argilla ad alta plasticità e un limo a media compressibilità. Le fonti cellulosiche originali, tra cui i materiali di scarto (cartone riciclato e fanghi di cartiera), sono stati caratterizzati mediante determinazione della composizione chimica (cellulosa vs ceneri e lignina) e dal punto di vista della morfologia delle fibre.

Per confrontare le nanofibre di cellulosa TEMPO-ossidate di diversa provenienza, è stato preso in considerazione il diametro medio delle nanofibre, il grado di cristallinità, il livello di decomposizione termica e ossidazione, vale a dire il contenuto di gruppi carbossilici per grammo di campione. È quindi stata effettuata un'analisi preliminare dell'influenza delle nanofibre sui materiali da intonaco terrosi; le prove di adesione e assorbimento capillare ne hanno evidenziato l'effetto sulle miscele in funzione di due fattori: la fonte originaria della cellulosa e il grado di ossidazione delle fibre. 

Per entrambi i campioni di terra è stato osservato un significativo aumento della forza di adesione in presenza degli additivi. Per quanto riguarda i test di assorbimento capillare, mentre è stato rilevato un aumento indesiderato dell'assorbimento di acqua rispetto al riferimento nel caso dell’argilla, nel campione di limo si è constatata una significativa riduzione del contenuto di acqua a seguito dell’aggiunta di nanofibre provenienti da fonti riciclate.

Questi test preliminari forniscono un'indicazione di come gli additivi a base di cellulosa possano impattare sulle miscele a base di terra. I risultati ottenuti aprono la strada a esperimenti più approfonditi sull’impiego delle nanofibre di cellulosa TEMPO-ossidate come additivi per materiali da intonaco terrosi ed eventuali aspetti critici quali ad esempio il potenziale rischio che la vita microbica presente nelle terre crude possa promuovere la degradazione degli additivi stessi.

Autori:

  • Paola Gallo Stampino, Politecnico di Milano
  • Laura Riva, Politecnico di Milano
  • Marco Caruso, Politecnico di Milano
  • Imran Abdul Rahman, Politecnico di Milano
  • Graziano Elegir, Innovhub SSI
  • Daniele Bussini, Innovhub SSI
  • Javier Marti-Rujas, Politecnico di Milano
  • Giovanni Dotelli, Politecnico di Milano
  • Carlo Punta, Politecnico di Milano

Materials 202316(1), 74; https://doi.org/10.3390/ma16010074