L’uso di derivati di oli vegetali e di oli post-consumo consente di ottenere resine termoindurenti prive di stirene e con proprietà meccaniche modulabili a seconda della composizione dell’olio e della scelta dei co-monomeri.
La transizione verso monomeri bio-based in sostituzione di quelli di origine fossile è un obiettivo cruciale per la sostenibilità delle resine termoindurenti, essendo questi materiali ampiamente impiegati in settori chiave come il design, l’automotive e l’edilizia.
Analogamente ai polimeri termoplastici, si prevede una richiesta globale sempre crescente anche per i termoindurenti, che, a differenza dei primi, sono intrinsecamente non riprocessabili e quindi non riciclabili a causa della loro struttura altamente reticolata. Le opportunità di riuso a fine vita sono pertanto al momento molto limitate, riguardando perlopiù la loro macinazione ed inclusione in materiali compositi. Studi recenti mostrano l’eventualità futura del riciclo chimico, ma la possibilità di progettare formulazioni con elevato contenuto di materiali provenienti da fonti rinnovabili resta ad oggi una strada auspicabile per ridurre il grande impatto di questi composti sull’ambiente.
Tra i building blocks provenienti da biomassa utili per l’industria chimica, gli oli e i grassi sono certamente tra i candidati più interessanti per la preparazione di biopolimeri, offrendo la grande opportunità di attingere ad un pool di molecole con elevata complessità in termini di scheletro carbonioso e di funzionalità reattive. In particolare, la presenza di doppi legami all’interno delle lunghe catene degli acidi grassi consente di utilizzare queste materie prime per la preparazione di materiali ad elevata reticolazione, quali sono ad esempio le resine epossidiche o i loro derivati.
La tecnologia studiata presso i laboratori di CNR SCITEC si basa proprio sulla preparazione di resine termoindurenti a partire da oli vegetali ed oli post-consumo di diversa composizione al fine di trovare un’alternativa ai tradizionali materiali preparati a partire da acrilati di origine fossile.
L’uso di acrilati degli oli vegetali, ottenuti attraverso due reazioni chimiche già consolidate anche a livello industriale, ha consentito di ottenere materiali con proprietà diverse a seconda della composizione dell’olio di partenza: all’aumentare dell’insaturazione dell’olio aumenta il grado di reticolazione e di conseguenza la resistenza alla trazione dei materiali ottenuti. In Figura 1 è possibile osservare l’aumento delle proprietà delle resine preparate rispettivamente da olio di soia, di canapa e di lino, aventi in origine un grado di insaturazione crescente. I materiali ottenuti hanno proprietà modulabili con temperature di transizione vetrosa nel range compreso tra 40 e 80 °C e moduli di Young compresi tra 200 e 1800 MPa.
Un ulteriore elemento critico delle resine tradizionali riguarda l’utilizzo nelle formulazioni di co-monomeri tossici e volatili, tra i quali stirene e divinilbenzene sono i più diffusi. E’ importante sottolineare il fatto che lo stirene è classificato come composto organico volatile a causa del suo basso punto di ebollizione e della sua elevata tensione di vapore, in aggiunta alla sua appartenenza alla classe degli idrocarburi policiclici aromatici considerati nocivi per la salute.
Nella tecnologia sviluppata presso CNR SCITEC è stato studiato l’uso di co-monomeri di origine naturale appartenenti alla classe di composti dei terpeni ottenendo ottimi risultati in particolare con limonene e mircene.
L’analisi comparativa delle proprietà meccaniche di resine a base di acrilato di olio vegetale mostra che le formulazioni ottenute da acrilato di olio di lino e limonene, raggiungono prestazioni meccaniche comparabili a quelle della resina convenzionale a base di acrilato di olio di soia e stirene, confermando il potenziale dei sistemi stirene-free.
La valutazione del contenuto di carbonio di origine bio, inteso come percentuale in peso rispetto al carbonio totale del prodotto, rende con molta chiarezza l’effetto che si ottiene nella sostituzione dello stirene con i terpeni dal punto di vista della sostenibilità dei materiali preparati. Una resina preparata con il 20% di limonene e l’80% di acrilato di olio di soia raggiunge infatti quasi l’84% di carbonio di origine bio contro il solo 57% della resina acrilato di olio di soia e stirene. Questa caratteristica consente di fatto la classificazione del prodotto ottenuto come bio-based.
Le formulazioni e il processo messo a punto sono stati estesi anche all’uso di olio post-consumo ottenendo caratteristiche delle resine assolutamente confrontabili con quelle ottenute a partire da oli vegetali vergini, dimostrando la possibilità di sfruttare per questa applicazione anche oli di composizione variabile a provenienti da residui di filiere agroalimentari o da scarti.
Una parte significativa di resine termoindurenti viene impiegata nella preparazione di compositi per i settori dell’automotive e dell’industria navale e delle costruzioni. Un ulteriore passo avanti nella preparazione di materiali completamente bio-based risiede pertanto nella preparazione di compositi che abbiano come materiale di riempimento o rinforzo fibre naturali in sostituzione delle fibre di vetro o carbonio tradizionalmente utilizzate.
Nell’ambito del nostro studio in questo campo i ricercatori hanno preparato compositi costituiti dalle resine sopra descritte e fibre naturali. In particolare, è stato preparato un composito impregnando fibre di canapa con i precursori della resina fatta da acrilato di olio di canapa e limonene (Figura 2). A seguito del processo di reticolazione è stato ottenuto un materiale che mostra perfetta adesione fibra-matrice pur senza avere effettuato alcun processo chimico-fisico di compatibilizzazione prima della polimerizzazione a caldo. Questo aspetto non è secondario considerando la semplificazione tecnologica derivante dalla mancanza di un passaggio intermedio.
La progettazione dei materiali descritti comporta molti punti di forza dal punto di vista della sostenibilità relativamente alla sicurezza dei prodotti ed alla derivazione da biomassa delle materie prime impiegate per la loro preparazione.
Inoltre, la possibilità di modulare le caratteristiche e le proprietà meccaniche delle resine finite in funzione della composizione degli oli di partenza e dei comonomeri permette di valorizzare al meglio le grandi potenzialità degli oli e dei terpeni come materie prime.
L’approfondimento, presentato a LAB Italia 2026, è a cura della dott.ssa Zaccheria, ricercatrice del CNR-SCITEC
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