Department of Chemistry and Industrial Chemistry University of Pisa

Macromolecular Science
Group coordinated by Prof. F. Ciardelli

FIRB 2003

World Wide Web Server
Realized by Beatrice Pistoresi E-mail: bea@.dcci.unipi.it

Titolo del Progetto di Ricerca

Risultati attesi

Nuovi materiali polimerici e nanostrutturali, trattamenti e processi di trasformazione per il "packaging"

Coordinatore Nazionale

Prof. Francesco Ciardelli (Dip. Chim. Chim. Ind. - Univ. Pisa)

Abstract del Progetto di Ricerca

Italiano

Il packaging flessibile in Italia è un settore in crescita costante: + 5-6% nel 2003 con circa metà della produzione (230.000 t/anno pari a 1.300 milioni di euro) destinata all’esportazione. Il nostro paese si trova ai vertici in Europa per quantità e qualità, la competizione e l’esigenza d’innovazione sono dunque molto elevate. Oltre al miglioramento delle prestazioni tipiche si richiedono caratteristiche innovative, sia per venire incontro e/o sollecitare i bisogni del mercato che per rispondere a requisiti di sicurezza e di minor impatto ambientale. Gli aspetti di maggior interesse riguardano: i) la modulazione della risposta a radiazioni elettromagnetiche per conferire proprietà estetiche, proteggere il prodotto, consentirne il trattamento non invasivo e/o comunicarne le caratteristiche agli operatori o al consumatore; ii) la capacità di registrare invecchiamento ed alterazioni (anche dolose) con sensori per la trasmissione di informazioni (intelligent packaging) inseriti nel film; iii) la sostituzione di materiali sintetici con quelli da fonti rinnovabili (biopolimeri) e l’eventuale tracciabilità della composizione dei film.

Per questi scopi stanno acquisendo sempre maggior importanza le nanotecnologie, i trattamenti superficiali e la plastic electronics, ma per essere fruibili per la progettazione dei prodotti e compatibili con i processi industriali necessitano notevole ricerca di base. Da questa valutazione discendono gli obiettivi di questo progetto:

1. Sviluppo di materiali nanostrutturati per film plastici capaci di reagire a radiazioni esterne e di modificare anche cataliticamente molecole intrusive in modo da garantire una modulazione delle proprietà, anche a comando, ed una efficace e prolungata conservazione del prodotto (active packaging).

2. Inserimento in film polimerici di sensori molecolari per rivelare deterioramento e contaminazione del contenuto (antintrusione) ,e di sistemi elettronici o elettroottici aventi la capacità di comunicare informazioni nei film multistrato (intelligent packaging).

3. Sviluppo di plastomeri e elastomeri alternativi/sostitutivi di analoghi sintetici, ottenuti con modifiche chimico-fisiche di materiali a base cellulosica e incorporazione di nanoparticelle/nanocompositi (renewable ecocompatible packaging).

Per raggiungere gli obiettivi previsti sono state individuate le attività di ricerca e le competenze necessarie integrando una rete formata da cinque Unità di Ricerca appartenenti alle più qualificate organizzazioni di ricerca nazionali:

• Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università di Pisa (DCCI): sintesi di composti organici ed inorganici, funzionalizzazione, reactive blending, analisi di superfici, analisi termiche e meccaniche.

• Istituto per lo Studio delle Macromolecole, CNR di Milano (ISMAC-CNR): polimerizzazioni, polimeri con proprietà elettriche ed elettroniche, caratterizzazioni strutturali, microscopia elettronica.

• Istituto Nazionale di Fisica della Materia, UdR di Pisa (INFM): risposta alla radiazione elettromagnetica, trattamenti a microonde e UV, microscopia a sonda, tecniche di misura, simulazione e modellazione.

• Istituto Superiore Mario Boella di Torino (ISMB): wireless technology, tecnologie microelettroniche e MEMS, plastic electronics, reologia.

• Centro Italiano Packaging di Venezia (CIP): trattamenti a plasma, preparazione dei film mediante miscelazione, estrusione, accoppiamento.

Il progetto si propone inoltre il potenziamento di CIP come struttura pubblico-privata per la valorizzazione ed il trasferimento dei risultati della ricerca ; la formazione di giovani ricercatori per l’inserimento nell’industria e nella ricerca; il consolidamento di una rete di ricerca trasversale a supporto dell’innovazione. Lo sviluppo di materiali attivi ed intelligenti si relaziona alla possibile attivazione del network europeo (Polysmart).

Inglese

Flexible packaging market in Italy is increasing constantly: +5-6% in 2003, 50% (230.000 ton/year, corresponding to 1300 Million Euro) of the total production being exported. Italy has then a leading position in Europe as far as both quantity and quality are concerned and consequently innovation is highly requested. Further to conventional properties, innovation is devoted to meet and stimulate the market need in order to improve performances in terms of safety and reduce the environmental impact. The most interesting aspects are: i) modulation of the response to electromagnetic radiation aimed to better aspect, improved protection, noninvasive treatment and information for producers and users; ii) aging and alteration (including crime) markers by the inclusion of specific sensors and active systems in the film; iii) replacement of man made materials with natural materials from renewable sources (biopolymers) and tracing of the film composition. Nanotechnology, surface treatments and plastic electronics are therefore assuming growing interest but an intensive research activity is necessary for the proper application to polymer films in a compatible way, to products design and industrial processes.

As a consequence of the above aspects the specific objectives of the present project are:

1. Development of nanostructured materials for flexible films which can react on the action of external radiation or intrusive chemicals thus allowing properties modulation, and control as well as the efficient protection of the content (active packaging).

2. Films containing molecular sensors allowing to detect the alteration and contamination of the product, and/or electronic or electrooptic systems for information recording and transfer (intelligent packaging).

3. Plastomer and elastomer based on natural polymers alternative to man made polymers by chemical and physical modification of cellulose and dispersion of nanoparticles/nanocomposites (renewable ecocompatible packaging).

The above objectives will be pursed by performing the properly selected reseach activity in a coordinated research groups of five units selected among the most advanced in Italy.

• DCCI – University of Pisa: synthesis of inorganic and organic compounds, functionalization and reactive blending, surface analysis, thermal and mechanical analysis.

• ISMAC – CNR: polymerization processes, electric and electronic polymeric materials, structural characterization, electronic microscopy.

• INFM – Pisa: electromagnetic radiations response, MW and UV treatments, tunnel, FMA and optical microscopy, techniques for physical properties measurements, modelling.

• ISMB: wireless technology, microelectronics and MEMS, plastic electronis, rheology.

• CIP: plasma treatment, film preparation by mixing, extrusion, coupling of layers.

An additional objective is the development of CIP as a private/public institution for the transfer of technology; the training of jung researchers for industry and research and a network to support innovation. Also the development of responsive material is well correlated to the possible European network on smart polymers (Polysmart).

Parole Chiave

Elenco delle Unità di Ricerca (UR)