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INNOVAZIONE E NANOTECNOLOGIE
IL MATERIALE DELLA “SVOLTA”
Diversi i settori interessati da questa “rivoluzione tecnologica”
 Stefano Castelli Gattinara
Architetto - Studio Castelli Gattinara
studio-architettura@castelli-gattinara.it
Un miliardesimo di metro: questa è la scala più consona
al mondo delle nanotecnologie; l'unità di misura è, ovviamente,
il nanometro (nm). Per avere un'idea più vicina alla nostra scala
di umani, un comune foglio di carta ha uno spessore di circa 100.000
nm e confrontare una nanoparticella con un pallone da calcio sarebbe
come opporlo al globo terrestre. Il settore principale, in cui l'applicazione
dei nanomateriali giocherà un ruolo chiave, sarà quello
dei compositi polimerici e, a caduta, si ripercuoterà su tutti
i campi in cui l'applicazione delle tecnologie è collegata al
mondo dei polimeri. Sulle nanoparticelle, o più in generale sulle
nanotecnologie, si fonderà nel prossimo futuro una vera e propria
rivoluzione tecnologica, pari a quella data dall'avvento dell'informatica.
Gli investimenti, sia per la ricerca, sia per le applicazioni, sono cresciuti
negli ultimi anni, in modo sostanziale negli USA (quasi 300 milioni di
dollari), ma anche in Giappone e in Europa. Proprio nei laboratori di
ricerca di una società giapponese, la Toyota Motor Co, alla fine
degli anni '80 nascono i primi studi sistematici che dimostrano l'importanza
di utilizzare, come filler, materiali di dimensioni "nano".
La sperimentazione eseguita da Toyota si focalizzò sull'uso di
silicati naturali di tipo lamellare (argille) come filler per la preparazione
di nanocompositi a base di nylon-6. Il metodo proposto fu depositato
da Toyota e coperto da brevetto. Successivamente, venne licenziato a
Ube, Nanocor e ad altri produttori che attualmente commercializzano questa
classe di nanofiller. L'utilizzo di filler di dimensioni nanometriche
(nanofiller) permette di raggiungere un elevato grado di dispersione
del filler stesso nel polimero; in questo modo si ottiene un consistente
miglioramento delle proprietà del composito, in quanto a resistenza
alla trazione, all'abrasione e ai solventi, permeabilità ai gas,
stabilità termica, ritardo alla fiamma, modifica delle proprietà elettriche
e ottiche. Da tutto ciò si evince l'innovazione, tecnica e tecnologica,
che travolgerà il mondo dei materiali: avremo tra le mani sciarpe
di seta o di altra fibra, con le caratteristiche comuni ma con in più,
per esempio, la potenzialità di essere impermeabili al 100%. I
nanomateriali sono caratterizzati dall'avere almeno una delle dimensioni
inferiore a 100 nm e un elevato rapporto tra area superficiale e volume,
con conseguente prevalenza delle caratteristiche degli atomi di superficie
su quelle degli atomi interni. La varietà di nanomateriali (e
delle basi in cui possono essere dispersi) è elevata, per cui
le potenziali applicazioni spaziano in diversi settori di attività:
energia, ambiente, trasporti, tessile etc. naturalmente, all'interno
di queste categorie, rientrano gli impieghi attinenti al mondo quotidiano,
all'architettura nella sua forma esterna in quanto manufatto edilizio
e interna, in qualità di spazio da vivere. Tali materiali sono
caratterizzati da un miglioramento delle proprietà meccaniche,
associato a un aumento della densità. Si possono ottenere materiali
plastici più leggeri e trasparenti, un aumento delle caratteristiche
meccaniche a flessione, ovvero della rigidità, con l'ipotesi di
consentire la sostituzione di parti metalliche con compositi polimerici,
assai più leggeri e facili da produrre industrialmente (quindi
più economici). Tuttavia, l'aspetto più interessante, dell'utilizzo
di nanofiller, è la possibilità di ridurne drasticamente
la quantità da addizionare al polimero, minimizzando gli effetti
indesiderati determinati dall'aggiunta dei tradizionali additivi inorganici.
I nanocompositi, migliorando le caratteristiche di "barriera",
troveranno impiego in uso alimentare (bottiglie, serbatoi e tubazioni)
e non alimentare (barriera all'umidità, ai solventi ai gas, etc.)
ma, una delle particolarità più interessanti in campo "ambiente",
deriva dal fatto che il riciclaggio di materiali plastici, con l'impiego
di filler alternativi alle fibre di vetro, rendono impossibile il riciclaggio
per la stessa applicazione. La progressiva sostituzione delle fibre di
vetro con questi filler permetterà di aumentare le quote di polimeri
termoplastici riciclabili. Il settore dei nanocompositi è un campo
in cui il grado di innovazione e le potenzialità di sviluppo sono
straordinariamente elevati. Le prime applicazioni industriali, già in
commercio o molto prossime a esserlo, sono basate sull'utilizzo di due
matrici polimeriche: nylon e polipropilene. Nel settore automobilistico,
i nanocompositi a base di nylon e montmorillonite hanno trovato spazio
nella sostituzione di quelli tradizionali a base nylon/fibra di vetro
o polipropilene/fibra di vetro per la produzione dei coperchi della cinghia
di trasmissione nei motori delle automobili. Le principali proprietà migliorate
sono: modulo elastico e a flessione, resistenza all'urto, temperatura
di deformazione aumentata a più di 150° C. I nanocompositi
a base di polipropilene e argilla sono, invece, utilizzati per la costruzione
di alcuni componenti della carrozzeria sostituendo il composito tradizionale
che utilizza talco come filler. Il nanocomposito permette un risparmio
di peso maggiore del 10%, è più rigido, maggiormente duttile
a basse temperature e di miglior aspetto. Queste prime applicazioni dei
nanocompositi nell'industria automobilistica costituiscono un incoraggiante
passo verso un utilizzo sempre più esteso, favorito anche dalla
loro maggiore riciclabilità. Un altro settore potenziale è quello
dal packaging alimentare (per esempio contenitori di liquidi e buste
in cui completare la cottura di cibi precotti), sfruttando le proprietà di
barriera dei nanocompositi verso l'ossigeno e l'acqua. In questo campo,
i primi nanocompositi sono commercializzati da Bayer sottoforma di film
per imballaggio alimentare e offrono caratteristiche superiori agli altri
prodotti simili in commercio, quali: barriera all'ossigeno, trasparenza,
lucentezza e modulo elastico. Per il 2005 è atteso un consuntivo
di domanda di nanocompositi termoplastici pari a circa 30.000 tonnellate,
contro le 1.000 registrate nel 2000. L'impiego in campo architettonico,
di questa innovazione, è ancora poco tangibile. A noi piace pensare
che potrà divenire uno strumento in più per sottolineare
aspetti che possano migliorare gli standards, la comunicazione, la vivibilità dei
nostri micro e macro cosmi quotidiani. Ci piace, ad esempio, pensare
alla potenzialità di plasmare un materiale che possa divenire
un unicum tra interno ed esterno; che la pelle di rivestimento possa
trasformarsi in involucro accogliente e ospitante. É, forse, il
mezzo che attendevamo per traghettare una stasi architettonica, soprattutto
italiana, in una nuova dimensione.
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