CHARACTERIZATION OF BIO-BASED REINFORCED COMPOSITE AEROGELS

Gli aerogels sono materiali altamente porosi che contengono una grande quantità di aria al loro interno e hanno una densità molto bassa (circa 0.1 g/cm3). Grazie alle loro proprietà di bassa densità, grande area specifica e bassa conducibilità termica, sono utilizzati in molte applicazioni come isolanti termici, filtri per particelle, imballaggi e supporti per catalizzatori. Gli aerogels inorganici tendono a essere fragili, il che ha portato alla generazione di aerogels a base di polimeri, che sono materiali in grado di esibire proprietà simili alle schiume polimeriche. Tuttavia, la maggior parte delle materie prime degli aerogels polimerici sono a base di petrolio, il che ha stimolato un grande sforzo di ricerca per trovare alternative naturali a questi polimeri. I polisaccaridi e le proteine sono due famiglie di biopolimeri che hanno riscosso un grande successo nella ricerca come precursori naturali di aerogels per la creazione di alternative valide per sostituire i materiali più inquinanti a base di petrolio, come ad esempio il polistirene espanso o le schiume di poliuretano. I polisaccaridi, come la cellulosa, sono stati utilizzati in molte applicazioni che richiedono strutture porose, non tossiche e biodegradabili. Le proteine possono essere di origine animale, come la gelatina, o vegetale, come le proteine dell'albume d'uovo, le proteine della soia e la zeina di mais. L'uso delle proteine come precursori di aerogels è motivato dalle loro caratteristiche di biodegradabilità e biocompatibilità. L'uso di polimeri come precursori di aerogels produce un aumento dell'infiammabilità del materiale e questo rappresenta un limite per le applicazioni che richiedono resistenza al fuoco. Per aumentare la resistenza al fuoco degli aerogels polimerici, è necessario aggiungere cariche e/o ritardanti di fiamma. In questo progetto, prendendo la gelatina come polimero a base biologica, verranno realizzate diverse composizioni mescolandola con montmorillonite e acido tannico come agente reticolante, con l'obiettivo finale di trovare un equilibrio nelle proprietà che li renda adatti alle applicazioni industriali. Pertanto, la composizione finale deve offrire allo stesso tempo buone proprietà meccaniche, termiche e di resistenza al fuoco. La caratterizzazione del materiale viene effettuata con diversi strumenti: viscosimetro Ubbelhode, FTIR, conducibilità termica, resistenza alla compressione, assorbimento di umidità, analisi termogravimetrica e calorimetria a cono. La conducibilità termica dell'aerogel contenente acido tannico, argilla e gelatina allo stesso tempo è aumentata rispetto all'aerogel di gelatina pura, passando da 0.037 W/m∙K a 0.046 W/m∙K. Anche le proprietà meccaniche aumentano, sia in termini di modulo di Young che di resistenza allo snervamento, rispetto all' aerogel di gelatina, in presenza di acido tannico. La presenza di acido tannico e argilla migliora la stabilità termica del materiale e ne diminuisce la velocità di degradazione termica. Infine, grazie alla caratteristica di intumescenza dell’acido tannico, è stato possibile diminuire il picco di calore rilasciato, l'infiammabilità del materiale ed aumentare il tempo di ignizione. In conclusione, l'aggiunta di acido tannico come reticolante e di argilla come riempitivo ha permesso di aumentare contemporaneamente le proprietà termiche e meccaniche e la resistenza al fuoco.