POTENTIAL USE OF GRAPHENE FOR THE GENERATION OF BIONANOCOMPOSITE MATERIALS FOR FOOD PACKAGING APPLICATIONS
Creators: name: UYSAL UNALAN, ILKE
Publisher: name: Universit� degli Studi di Milano
Year: 2014

description: Lo sviluppo di nuovi materiali multifunzionali, a minore impatto ambientale e con benefici economici, rappresenta una impellente necessit�. L?avvento delle nanotecnologie ha aperto la strada a nuove possibilit�, ad esempio attraverso lo sviluppo di materiali biopolimerici nanostrutturati. Questa tesi di dottorato si propone di illustrare nuove strategie per lo sviluppo di bionanocompositi a base di grafene per specifiche applicazioni nel settore dell?imballaggio alimentare. L?uso del grafene mira ad approfondire le conoscenze circa la potenziale applicazione di tale filler inorganico come alternativa alle attuali soluzioni. Il progetto � stato suddiviso in quattro parti.
Nella prima parte � stato valutato l?uso del pullulano per la produzione di bionanocompositi a base di ossido di grafene (GO), con particolare riferimento alle propriet� di barriera all?ossigeno, propriet� meccaniche, termiche ed ottiche. I dati sperimentali di barriera all?ossigeno e quelli meccanici, inoltre, sono stati confrontati con quelli ottenuti mediante l?uso di tre modelli predittivi, ovvero Nielsen e Cussler per le barriere, Halpi-Tsai per le prove meccaniche. La modellazione ha indicato come il miglioramento delle propriet� di barriera e di quelle meccaniche fosse dovuto a tre effetti principali: i) affinit� chimica tra GO e pullulano, con conseguente miglioramento delle forze di adesione all?interfaccia tra le due fasi; ii) prevalente allineamento unidirezionale del filler inorganico; iii) elevata area superficiale e bidimensionalita del GO.
I risultati ottenuti nella prima parte del progetto hanno evidenziato l?enorme potenzialit� dei bionanocompositi a base di pullulano e grafene ad agire da barriera all?ossigeno anche ad elevate umidit� (70% RH). Tuttavia, i costi elevati possono limitarne l?applicazione nel settore dell?imballaggio alimentare. Per tale motivo, nella seconda parte del progetto si � deciso di valutare la possibilit� di utilizzare altri biopolimeri in combinazione col pullulano. Sono stati pertanto sviluppati film a base di pullulano e chitosano e pullulano e alginato. Questi films hanno evidenziato propriet� meccaniche e termiche superiori ai film di solo pullulano mantenendo le propriet� barriera. Inoltre, i valori di opacit� e trasmittanza sono stati mantenuti entro i valori ?limite? del 3% e del 90% (a 550 nm) comunemente accettati per le applicazioni nell?imballaggio alimentare. Non meno importante, l?ottenimento di tali blend ha permesso una maggiore efficienza in termini di performance/costi.
La terza parte del progetto ha avuto come obiettivo lo sviluppo di sottili strati bionanocompositi a base di pullulano e GO. Tali strati sono stati depositati su polietilene tereftalato (PET), al fine di migliorarne specifiche propriet�, senza compromenetterne la funzionalit�. L?esfoliazione del GO � avvenuta mediante ultrasonicazione, che � risultato essere un trattamento ?chiave? al fine di ottenere specifiche propriet� di barriera e meccaniche del coating finale.
La quarta ed ultima parte del progetto si � incentrata su nuove strategie per la produzione di grafene, con particolare riferimento all?uso dell?ultrasonicazione facilitare l?esfoliazione di grafite in grafene mediatada dalla presenza di polisaccaridi. I risultati ottenuti in quest?ultima fase del progetto hanno evidenziato la possibilit� di ottenere grafene mediante un processo pulito, efficiente e a basso costo.