di Franco Ferrero e Monica Periolatto (Politecnico di Torino)

Il settore tessile manifatturiero sta vivendo un periodo di forte crisi a causa della globalizzazione del mercato mondiale. Un contesto fortemente competitivo e regolamentazioni di carattere ecologico sempre più stringenti spingono le aziende alla ricerca di miglioramenti qualitativi di prodotto e di processi eco-compatibili.

Un primo obiettivo è l’applicazione di processi a basso consumo idrico ed energetico; altro aspetto rilevante è la possibilità di sostituire prodotti chimici con elevato potere inquinante o tossici con altri a basso o nullo impatto ambientale. Da questo punto di vista i prodotti di origine naturale risultano particolarmente interessanti per applicazioni nel campo del finissaggio tessile.

Il chitosano: origine, proprietà ed applicazioni

I due polisaccaridi più abbondanti in natura sono la cellulosa e la chitina, principali componenti rispettivamente delle fibre di cotone e dei gusci dei crostacei. La loro struttura chimica è molto simile e sono entrambi biodegradabili; questo li rende ottimi candidati come materiali eco-compatibili ed eco-sostenibili.

Dalla deacetilazione della chitina si ottiene il chitosano, un biopolimero con proprietà biologiche, fisiologiche e farmacologiche uniche, quali biodegradabilità, non tossicità e spiccata attività antibatterica nei confronti di batteri sia Gram positivi che Gram negativi grazie all’azione combinata battericida e batteriostatica.

Inoltre, dal punto di vista economico, il chitosano è un prodotto largamente disponibile come scarto dell’industria alimentare dei crostacei e viene già ampiamente commercializzato come integratore alimentare per il controllo del peso corporeo, data la sua capacità di legarsi alle sostanze grasse ingerite, limitandone l’assorbimento da parte dell’organismo. Grazie proprio alle sue peculiari proprietà, le applicazioni del chitosano, non strettamente legate all’azione antibatterica, si sono moltiplicate negli ultimi anni.

La struttura chimica simile rende particolarmente compatibili cellulosa e chitosano, che vengono accoppiati per ottenere nanocompositi. In campo tessile, il chitosano viene talvolta utilizzato come coadiuvante di tintura o agente di finissaggio e antifiamma, ma la durabilità del trattamento è scarsa a causa delle deboli interazioni tra fibre e chitosano. Per ottenere un prodotto chimicamente stabile è necessario ricorrere ad una impregnazione ad umido seguita da un trattamento termico, con notevole dispendio energetico, consumi di acqua e possibile degradazione dei substrati trattati. Inoltre l’aggraffaggio del chitosano alle fibre mediante reazioni indotte termicamente è agevolato dall’aggiunta di agenti reticolanti anche tossici come le aldeidi.

Nel presente studio si propone, come alternativa ecocompatibile ed economica, l’applicazione del chitosano come agente di finissaggio per tessuti mediante reazioni radicaliche fotoindotte da radiazione UV. In tali processi si ha la formazione di specie reattive, radicali o ioni, sulle molecole irraggiate in presenza di un fotoiniziatore; per reazione di tali specie con oligomeri reattivi si ha formazione di polimeri. Se le fibre tessili sono impregnate con una miscela di oligomeri e fotoiniziatore e poi irraggiate UV, le catene polimeriche si formano all’interno della struttura fibrosa coinvolgendo le stesse fibre nel processo di aggraffaggio chimico. Il trattamento risulta solido, resistente all’uso e ai lavaggi. Inoltre, i materiali tessili presentano proprietà superficiali modificate pur con basse percentuali di carica polimerica. Questo implica il mantenimento delle proprietà peculiari delle fibre trattate, in particolare nel caso di fibre naturali, quali la mano morbida, il colore e la traspirabilità.

Il processo di UV-grafting del chitosano sui tessuti

I test di laboratorio sono stati condotti su campioni di circa 100 cm2 di diversi tessuti di fibre naturali: ortogonale puro cotone (144 g/m2); maglia di lana EMPA (292 g/m2); maglia di seta da filato Bombyx mori sgommato e purgato, 20-22 decitex 4 capi, fornita da Filtex Como. Come fotoiniziatore radicalico si è utilizzato Darocur 1173 (Ciba).

Il processo comporta la dissoluzione del chitosano al 2% in peso in soluzione acquosa di acido acetico al 2% in volume. Tale soluzione è additivata del fotoiniziatore (2% rispetto al peso del chitosano), quindi opportunamente diluita ed utilizzata per impregnare i tessuti. Le percentuali di carica sul tessuto sono state variate dall’1%  al 5% in peso. I tessuti sono stati mantenuti in impregnazione per tempi variabili da 1 minuto fino a 24 ore, quindi essiccati a 80-100°C per 10 minuti ed irraggiati per 60 secondi con lampada UV statica a vapori di mercurio (Italquartz) con radianza di circa 60 mW/cm2 in flusso di azoto, per evitare reazioni parassite dovute all’ossigeno dell’aria. I campioni trattati sono stati sottoposti ad accurata caratterizzazione chimica, fisica e morfologica mediante test tintoriali ed analisi strumentali.

La resa del processo è stata valutata misurando la perdita di peso dei campioni trattati dopo lavaggio a 90°C per un’ora in soluzione di detergente ECE (miscela di tensioattivi anionici). In questo modo si è valutata la quantità di chitosano aggraffato chimicamente alle fibre non asportato con il lavaggio.

L’attività antibatterica dei campioni è stata testata secondo norma ASTM E 2149-01 presso il CNR-ISMAC di Biella utilizzando Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae.  La solidità del trattamento al lavaggio è stata valutata secondo norme ISO, testando l’attività antibatterica del tessuto trattato e sottoposto a 5 cicli di lavaggio successivi.

Continua a leggere i risultati e le conclusioni della ricerca a pag. 30 di Technofashion – Ottobre 2017

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