Uno studio, condotto dall’Istituto di chimica dei composti organo-metallici del Consiglio nazionale delle ricerche (Iccom-Cnr), ha messo a punto un metodo per sintetizzare grandi volumi di polietilene (Pe) altamente cristallino ad elevata densità a temperatura ambiente, con il solo utilizzo di pressione e fotoattivazione, senza bisogno di ricorrere all’utilizzo di altri agenti chimici (solventi, catalizzatori e iniziatori radicalici). Questa tecnica offre vantaggi sia in termini economici (eliminazione dei costi di smaltimento, sviluppo, sintesi e rigenerazione di catalizzatori e solventi) sia in termini di riduzione dell'impatto ambientale. I risultati della ricerca sono pubblicati su 'Macromolecular Rapid Communications'.
Il polietilene è uno dei polimeri più prodotti nel mondo e le sue applicazioni spaziano dai materiali plastici per imballaggio ai materiali high-tech per protesi mediche da impianto. È costituito da lunghe catene di atomi di carbonio legati tra loro, a ciascuno dei quali sono legati due atomi di idrogeno.
“Nonostante la semplice composizione chimica elementare esistono numerose varietà di Pe, le cui proprietà cambiano a seconda della struttura molecolare delle catene che lo compongono e ne determinano il tipo di impiego”, spiega Matteo Ceppatelli, ricercatore dell’Iccom-Cnr. “Catene lineari e non ramificate, come quelle che si ottengono con il metodo di sintesi proposto in questo studio, danno luogo a un impacchettamento compatto con formazione di una struttura cristallina ordinata ad elevata densità. In termini di proprietà meccaniche, la lunghezza delle catene e la cristallinità del campione determinano la sua resistenza strutturale. Per questo motivo il Polietilene ad alta densità (Hdpe, High Density Poly-Ethylene) risulta uno dei polimeri di elezione per la realizzazione di materiali soggetti ad usura, che richiedono lunga durata, come le protesi mediche”.
Lo stesso gruppo di ricerca aveva già ottenuto importanti risultati su volumi di campione molto più piccoli rispetto agli attuali: “Il risultato più importante di questo lavoro è essere riusciti a sintetizzare grandi volumi di materiale per polimerizzazione dell’etilene a temperatura ambiente, utilizzando solamente pressione e fotoattivazione, in totale assenza di altri agenti chimici”, conclude Ceppatelli. “Abbiamo realizzato un reattore pilota su scala di laboratorio, basato su un principio di funzionamento che consente di realizzare quantità di campione macroscopiche, completamente diverso da quello delle precedenti celle ad incudine di diamante. Il reattore è disegnato in modo da poter essere riprodotto su dimensioni molto maggiori per applicazioni tecnologiche”.
Lo studio è stato condotto prevalentemente presso il Lens (European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy) in collaborazione con l’Università degli studi di Firenze e con il contributo di Stryker Orthopaedics, Laserlab-Europe (Eu-Fp7 284464) e ministero dell'Istruzione, dell'università e della ricerca.