Quando i materiali cellulosici vengono utilizzati per la produzione di packaging, i fenomeni di adsorbimento e desorbimento dell’acqua durante la vita commerciale del prodotto svolgono un ruolo molto importante, in quanto capaci di influire sulle caratteristiche prestazionali di base, come le proprietà meccaniche e la permeabilità ai gas e al vapore acqueo.
Questi effetti sono stati spesso trascurati in passato, dal momento che la maggior parte dei materiali cellulosici utilizzati nella produzione di carta e cartone non necessita di proprietà barriera particolarmente elevate. D’altro canto, un impiego più ampio dei materiali cellulosici in alternativa ai polimeri da fonti fossili nelle applicazioni di packaging alimentare, è spesso limitato proprio dalle scarse prestazioni di questi materiali in termini di proprietà barriera.
In tempi più recenti, con il diffondersi dei film in cellulosa rigenerata e delle bioplastiche, queste proprietà hanno iniziato a essere richieste. Sono state quindi sviluppate speciali tecnologie di rivestimento in grado di coprire e proteggere le superfici cellulosiche con vernici a base di copolimeri acrilici e PVDC. Oggi, la produzione di nanocristalli di cellulosa e di cellulosa micro e nanofibrillata rende la sensibilità all’umidità e la perdita delle proprietà barriera problematiche di primaria importanza.
Diversi studi hanno dimostrato le elevate proprietà barriera ai gas conferite dall’impiego di nanocristalli di cellulosa (CNC) e nanofibre di cellulosa (CNF), sia come rivestimenti applicati ai tradizionali film plastici, sia come cariche aggiunte ai normali polimeri. D’altro canto, l’umidità può rivelarsi estremamente deleteria per le proprietà barriera ai gas dei film rivestiti con CNC. In linea di massima, i polimeri sintetici e i biopolimeri caratterizzati da un comportamento idrofilo e da una polarità elevata presentano una bassa permeabilità a ossigeno e gas, se asciutti, ma perdono tali proprietà quando le molecole d’acqua plastificano e gonfiano la loro struttura originaria. Questi comportamenti sono ben noti e ampiamente studiati per poliammidi, poliesteri, alcoli polivinilici e biopolimeri, mentre le conoscenze sono più limitate sugli effetti dell’umidità e le proprietà barriera ai gas dei CNC, quando questi vengono utilizzati come rivestimento da applicare sui tradizionali film plastici destinati ad applicazioni di packaging alimentare.
L’obiettivo della ricerca condotta da alcuni ricercatori del Dipartimento di Chimica dell’Università degli Studi di Milano è proprio quello di approfondire questo aspetto.
L’approccio multidisciplinare adottato per comprendere l’interazione tra acqua e nanocristalli di cellulosa ha generato uno scenario complesso, che ha condotto a un’unica conclusione: è fondamentale conservare le proprietà barriera ai gas offerte dai CNC limitando il più possibile l’adsorbimento di umidità. Nel caso di applicazioni pratiche quali i materiali per packaging alimentare, la presenza di uno strato polimerico idrofobo e sigillabile a protezione del rivestimento di CNC appare essenziale.
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