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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

SCHEDA FIRB

italiano - english
Unità di Ricerca
  • Universita' di PISA
    CHIMICA E CHIMICA INDUSTRIALE , PISA (PI)
  • Istituto Nazionale Fisica della Materia (INFM)
    Unit¿ di Ricerca di Pisa , GENOVA (GE)
  • ISTITUTO SUPERIORE MARIO BOELLA
    LABORATORIO MATERIALI E MICROSISTEMI , TORINO (TO)
  • Laboratorio di ricerca industriale
    Ricerca e Sviluppo , VENEZIA (VE)
  • Consiglio nazionale delle ricerche (CNR)
    Istituto per lo studio delle macromolecole , MILANO (MI)
FIRB simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
Classificazione geografica
Bibliografia
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Parole Chiave
film, nanostrutture, nanocomposito, nanoparticelle, sensori, polimeri, biopolimeri; proprietà ottiche, radiazione elettromagnetica, materiali ecocompatibili; fonti rinnovabili, imballaggio flessibile, identificazione RF, imballaggio intelligente,; plastic electronics, wireless technology

Nuovi materiali e film polimerici nanostrutturati a ridotto impatto ambientale, con proprieta' di risposta verso agenti chimici e fisici, per il packaging flessibile. Studio di: fenomenologia microscopica, modelli e simulazioni, verifiche sperimentali e processi di polimerizzazione e miscelazione(NANOPACK).

Università di Pisa
Abstract
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). <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Francesco CIARDELLI, Universita' di PISA
Obiettivo del Finanziamento
Il progetto si propone la preparazione di film con proprietà avanzate e la valutazione delle proprietà stesse. Tali film polimerici sono a base di materiali macromolecolari ospitanti fasi micro e nanodisperse capaci di sviluppare risposte a sollecitazioni esterne di varia natura. La dispersione in matrici polimeriche permette da un lato di combinare in un unico materiale un numero di funzioni diverse e dall'altro di ottenere film termolavorabili che affianchino alla multifunzionalità ottime prestazioni strutturali (termiche, meccaniche, ecc.).
Il processo di miscelazione molecolare è intrinsecamente sostenibile in quanto persegue l'obiettivo della complessità strutturale (tipico della natura) piuttosto che della differenziazione molecolare (tipico del man-made). Si utilizzano infatti prodotti noti e controllati con rese di produzione unitarie senza emissioni e sottoprodotti.
Più in particolare i risultati attesi riguardano l'ottenimento di film flessibili per imballaggio con le seguenti specifiche:
#Film polimerici con proprietà funzionali innovative attivabili da sollecitazioni esterne ottenuti per miscelazione intima di materiali polimerici sintetici, quali poliolefine, poliesteri e poliammidi, con fasi disperse nanostrutturate di natura inorganica, organica e metalloorganica. Le metodologie preparative faranno uso di tecniche di miscelazione nel fuso, in fase idrosospesa e nel reattore di polimerizzazione. La proprietà addizionali conferita , rispetto a quelle oggi ritenute indispensabili quali reistenza meccanica, recupero elastico, irrigidimento, effetto barriera ai gase resistenza alla fiamma, sarà la capacità di risposta a stimoli ottici, elettrici e magnetici ottenuti grazie alla introduzione di cromofori coniugati, cromofori fotocromici, nanoaggregati metallici, biomolecole. Le risposte specifiche da ottenere sono: orientamento a comando della fase dispersa, cambiamento di colore sotto l'azione di stimoli luminosi e modifica di proprietà superficiali in presenza di campi elettromagnetici. E' prevista anche l'introduzione di dispositivi elettronici e circuiti elettronici di identificazione e lettura in forma remota delle caratteristiche e dello stato di conservazione del prodotto.
#Film polimerici con capacità di risposta a stimoli chimici derivanti o da molecole formatesi per alterazione del contenuto o per esposizione ad ambienti diversi.A tale fine i materiali polimerici sopra descritti saranno sviluppati in modo da disperdere nella matrice continua del film complessi organometallici reattivi e catalitici , sensori molecolari sintetici o biologici.
# Film a base di polimeri di origine naturale, come ad esempio la cellulosa e suo derivati, anche ad elevata estendibilità, ottenuti mediante modifica chimica del film stesso mediante trattamenti superficiali, trattamenti meccanici ed interazione delle fibre sia in massa che nelle interfasi con additivi organici ed inorganici.
Una caratteristica importante e comune a tutti i materiali citati in precedenza è la stabilità fisica a lungo termine (physical aging) e la resistenza a fatica. Questi due aspetti verranno studiati sia mediante tecniche sperimentali che tramite simulazione numerica microspopica


Gli obiettivi scientifici primari del presente progetto di ricerca sono riassumibili nei tre punti seguenti :
1. Nuovi materiali per film plastici nanostrutturati capaci di dare risposte reversibili o irreversibili a sollecitazioni esterne (active packaging) di varia natura (elettromagnetica, termica, meccanica). Sviluppo di modelli di simulazione e di progettazione assistita.
2.Nuovi film polimerici contenenti sensori molecolari per rivelare modifiche e contaminazione del contenuto (antintrusione, deterioramento). Progettazione e sviluppo di film multifunzionali, inclusa la capacità di comunicare informazioni mediante tecnologie di plastic electronics (intelligent packaging).
3.Nuovi plastomeri e elastomeri di origine naturale da fonti rinnovabili alternativi/sostitutivi di materiali plastici sintetici multifunzionali ottenuti con modifiche chimico-fisiche di materiali a base cellulosica e incorporazione di nanoparticelle/nanocompositi. (renewable ecocompatible packaging)
Oltre agli obiettivi specifici di carattere scientifico e tecnologico, questo progetto si propone di cogliere alcuni obiettivi di carattere strategico nel processo di trasferimento di conoscenze dalla ricerca di base al sistema produttivo e nel campo della formazione professionale dei giovani ricercatori.
Infatti il progetto prevede il potenziamento delle strutture di ricerca industriale del Centro Italiano Packaging (CIP) in modo che questa organizzazione pubblico-privata fondata dal CNR-INFM, da INSTM e da GruppoX per valorizzare i risultati della ricerca e trasferire le conoscenze verso le organizzazioni produttive, possa proporsi come struttura di riferimento per le imprese del settore.
Questo obiettivo si collega con quello di un considerevole rafforzamento della rete di ricerca trasversale a supporto dell'innovazione e quindi in grado di integrarsi con le attività di trasferimento tecnologico di CIP. Infatti ai gruppi di ricerca dell'Università di Pisa e dell'INFM, che già hanno lavorato insieme su questo tema, si uniscono con questo progetto i gruppi dell'Istituto Superiore Mario Boella, specialisti delle tecnologie microelettroniche e delle applicazioni wireless, e dell'Istituto del CNR per lo studio delle Macromolecole, specialisti di lunga tradizione di materiali polimerici . Infine un altro obiettivo riguarda la formazione di giovani ricercatori in vista di un loro inserimento professionale nell'industria E' prevedibile infatti che almeno una decina di giovani ricercatori partecipanti al progetto possa trovare uno sbocco professionale al di fuori delle Università e degli Enti di ricerca; alcuni direttamente nelle industrie (3-4), altri presso CIP (3-4) e altri ancora potrebbero avviarsi verso qualche attività autonoma, spin off o consulenti.
I risultati attesi sono quindi:
Film polimerici caratterizzati dal mantenimento di ottimali proprietà termiche e meccaniche, e dalla presenza di opportuni derivati organici, inorganici e nanoparticelle metalliche in essi dispersi mediante processi di miscelazione.
Film con proprietà ottiche variabili a seguito di esposizione a radiazioni.
Film contenenti nanoparticelle metalliche e complessi organometallici con proprietà catalitiche in grado di indurre la modifica chimica di effluenti gassosi e liquidi venuti a contatto e di aumentare la durata dell'oggetto protettivo.
Film polimerici con modulate proprietà cromatiche, elettriche ed opto-elettroniche in seguito al controllo delle dimensioni della nanofase.
Sistemi di indagine atti ad proporre un metodo innovativo e versatile per la preparazione di film superficialmente attivi mediante migrazione di specie funzionali indotta da sollecitazioni esterne.
Sistemi per l'imballaggio in grado di registrare informazioni su interventi esterni chimici e fisici tracciando la storia pregressa del manufatto.
Film polimerici contenenti enzimi come sensori di tipo naturale.
Film polimerici con circuiti e microsensori basati su dispositivi a polimero (plastic electronics).
Materiale a base di cellulosa e derivati con proprietà di estensione e ritorno elastico caratterizzati da un apprezzabile modulo elastico nella zona di non linearità (modulo elastico di richiamo) e da aumentata estendibilità elastica.
Nanodispersioni efficaci dal punto di vista funzionale (effetto barriera, antifiamma e protezione attiva) con materiali rinnovabili che comprenda anche l'inserimento contemporaneo di due o più additivi in grado di produrre funzionalità distinte.
Miscele macromolecolari di cellulosa con altri polisaccaridi e polimeri sintetici sia idrofili che idrofobi adatti alla preparazione di film per packaging.<<<
Durata
36 mesi