Coating multifunzionale di cristalli di nano-cellulosa (CNs) per applicazioni di food packaging

La cellulosa è il più abbondante ed ubiquitario biopolimero disponibile in natura; la sua struttura fondamentale (cellobiosio) è costituita da due unità di glucosio unite da un legame covalente β (C1-C4). Legami ad idrogeno, intra e inter catena, tra ossigeno e gruppi idrossilici stabilizzano la struttura di polimeri ad elevato peso molecolare e determinano la tipica struttura fibrosa, dotata di alta rigidità e compattezza. All’interno delle microfibre cellulosiche si riconoscono regioni cristalline e regioni amorfe, queste ultime sono preferenzialmente idrolizzate in ambiente acido liberando cristalli di cellulosa di dimensione nanometrica e dalla caratteristica morfologia sottile e allungata, visibile con tecniche di microscopia elettronica (transmission electronic microscopy, TEM e atomic force microscopy, AFM). In questo lavoro, cristalli di cellulosa (CNs) ottenuti da linters di cotone mediante idrolisi acida, sono stati impiegati come rivestimento sottile di differenti film (PET, OPP, OPA, and cellophane) allo scopo di incrementare e migliorare fondamentali proprietà di interesse per il confezionamento alimentare. Una soluzione acquosa all’8% di CNs è stata spalmata sui differenti substrati, misurando in seguito alcune proprietà meccaniche ed ottiche, le caratteristiche anti-fog e di barriera all’ossigeno ed al vapor d’acqua. Il coefficiente di frizione (COF) e la resistenza alla trazione sono state misurate secondo gli standard ASTM su tutti i film laccati con CNs, riscontrando una significativa riduzione del COF ma nessun effetto sulle caratteristiche di resistenza tensile. Le proprietà anti-fog sono state studiate sia valutando empiricamente il grado di condensazione, sia misurando l’angolo di contatto, statico e dinamico, e l’energia superficiale. Tutti i risultati dimostrano unsignificativo effetto anti-fog del rivestimento cellulosico. La permeabilità all’ossigeno è stata misurata a 23°C in condizioni anidre, prima e dopo un trattamento al Gelbo Flex tester per valutare la solidità del rivestimento; la permeabilità al vapor d’acqua è stata valutata in condizioni tropicali (38°C e 90% di ΔUR). I risultati ottenuti dimostrano eccellenti proprietà di barriera all’ossigeno le quali, tuttavia, dipendono fortemente dall’affinità che il substrato mostra per il rivestimento, determinando anche una sua diversa resistenza alle sollecitazioni; la permeabilità al vapor d’acqua è solo modestamente ridotta dallo spessore di CNs applicato. Le conclusioni che è possibile trarre dallo studio condotto sono incoraggianti ed indicano un grande potenziale per il coating a base di nano-cellulosa. Il guadagno di prestazioni fondamentali che determina, differente a seconda dei substrati, può consentire di ridurre significativamente la quantità di materia plastica impiegata, contribuendo a migliorare la sostenibilità dell’imballaggio flessibile.