Polimeri eco-compatibili? Impariamo dalla Natura

Sia la natura che l’uomo producono polimeri, quelle lunghe molecole che si trovano sia nelle plastiche che nel carapace del granchio. Ma lo fanno in modi differenti. La Natura crea questi polimeri complessi lentamente, mentre l’uomo produce velocemente i polimeri nelle plastiche che immette sul mercato. E questi ultimi non si decompongono altrettanto bene come quelli creati dalla Natura!vignetta_plastica

Andrew Davis conosce benissimo i polimeri, è un esperto di questi materiali, insegna all’università del Massachusetts ed è noto divulgatore. E’ lui a guidarci in questo mondo complesso e segreto in cui la Natura, ancora una volta, ci dà una grande lezione: “lei” i polimeri li produce amici dell’ambiente…l’uomo no!  «Si tratta di molecole con proprietà eccezionali: sono forti, resistenti, elastiche e non si limitano ai solidi» spiega Davis. «La natura ha i suoi polimeri e li usa per molti degli scopi per i quali anche noi usiamo i nostri: per proteggersi (si pensi al kevlar per l’uomo e alla chitina del carapace del granchio per la natura), per l’estetica (rayon versus le ali della farfalla), come arma (le armi in 3D e gli aculei del porcospino e come materiali da costruzione (il nastro adesivo e le ragnatele)». La Natura e l’uomo sono arrivati ai polimeri da differenti direzioni. Innanzi tutto è utile fars un’idea delle dimensioni. Quanto è “lunga” una molecola? Ce lo spiega Davis. «Cominciamo con quella dell’acqua, H2O. Riempiamo un ditale da cucito con acqua e avremo 10.000.000.000.000.000.000.000 molecole di acqua. Se fosse mai stato possibile contarle una al secondo per tirarle fuori dal ditale, ad iniziare dall’istante del Bing Bang, saremmo ancora oggi impegnati a contarle; anzi, oggi saremmo arrivati a contarne lo 0,001%». In confronto, l’intera suola di gomma delle nostre scarpe è costituita da una singola molecola. Solo una. E ancora: «Praticamente ogni singolo atomo dell’universo, incluse quelle nelle nostre plastiche, sono state forgiate all’interno del cuore ardente di una stella. Ma nello spazio esterno e nelle atmosfere dei pianeti le molecole più grandi sono raramente più grandi di pochi atomi insieme. Assemblare piccole molecole in molecole grandi richiede una grande dimestichezza con le regole della termodinamica e dell’entropia». «Per assemblare le molecole noi usiamo ancora uno degli strumenti più primitivi: il fuoco. I forni industriali sono ancora il metodo d’elezione per trasformare i  monomeri in polimeri, ricavando così le plastiche». Anche la Natura ha i suoi polimeri. Piante e animali devono proteggersi dai nemici, si attrezzano per apparire attraenti quando devono attirare il sesso opposto, devono proteggersi dal freddo. Da un punto di vista molecolare, il chitosano e la cellulosa o la seta e la cheratina sono come lo styrofoam (polistirene) o il Nalgene o il kevlar. Sono lunghe macromolecole sintetizzate legando insieme blocchi più piccoli. Ma la Natura non usa il fuoco, opta per una costruzione lenta utilizzando i “mattoncini” del proprio ambiente iper-locale. Un albero utilizza CO2, acqua e minerali da aria e suolo per costruire materiale necessario alle proprie pareti cellulari. Un ragno raccoglie amminoacidi dalle sue prede e li utilizza per le proteine della ragnatela. Una cellula umana prende il fosforo dagli alimenti. Lentamente ma senza incertezze, l’atomo si lega all’altro atomo attraverso una elaborata danza di intricate modifiche metaboliche “progettate” per superare le barriere stesse della termodinamica. E questi polimeri naturali hanno un impatto molto diverso rispetto a quelli prodotti dall’uomo. Quelli naturali sono ricchi di informazioni. La lunga sequenza polipeptidica di cheratina, per esempio, è una composizione molto specifica e ordinata di centinaia di blocchi di amminoacidi. Cambiando composizione e ordine si avranno capelli differenti. I polimeri realizzati dall’uomo sono muti, la loro intera lunghezza è spesso ragiunta con una ripetizione di monomeri identici. Cambiando posizione e ordine, il kevlar sarà sempre kevlar, dello stesso tipo. Inoltre i polimeri artificiali non hanno lo stesso grado di degradabilità di quelli naturali, il che può essere utile se la carlinga di un aereo deve resistere anni, ma non se una sporta di plastica per la spesa sopravvive per centinaia di anni inquinando l’ambiente. Per di più, i polimeri naturali vengono prodotti realizzando quantità infintesimali di energia, mentre la produzione di quelli artificiali ne consuma quantità molto elevate. Ma quanta fatica fa l’uomo ad imparare dalla Natura! «Abbiamo veramente tanta strada da fare prima di essere all’altezza della tela del ragno».

Si ringrazia Andrew Davis

 

Fonte: ilcambiamento.it

Plastica nel Lago di Garda: i polimeri sono entrati nella catena alimentare

Secondo la rivista Current Biology, le microparticelle di polimeri sono già entrate nella catena alimentare degli invertebrati d’acqua dolce118603482-586x389

Il Lago di Garda finisce sull’autorevole rivista Current Biology e, purtroppo, non per una buona notizia. Il più grande lago italiano, infatti, è invaso dalla plastica, da microparticelle di polimeri che rischiano di soffocarne la fauna ittica. L’allarme arriva da un pool di ricercatori guidato dai biologi Natalia Ivleva della Technische Universität di Monaco di Baviera e daChristian Laforsch dell’Università di Bayreuth che hanno scoperto come la plastica stia ormai entrando nella catena alimentare che interessa gli invertebrati d’acqua dolce. Nell’articolo pubblicato su Current Biology, una delle più autorevoli riviste di biologia al mondo, si parla di “un mondo di plastica nel cuore dell’Europa” e si spiega come la zona più a rischio sia quella delle spiagge settentrionali. Gli studiosi sono rimasti negativamente sorpresi dai tassi di inquinamento da polimeri riscontrati alle foci dei molti affluenti alpini che si gettano nel Lago di Garda. La quantità di microparticelle rilevata nella parte settentrionale del lago è risultata essere dieci volte superiore a quella delle acque a sud del bacino del Garda, il che farebbe pensare che la plastica arriva dalle catena alpine vicine al lago, quelle di Lombardia, Trentino Alto Adige e Veneto. Ma c’è un’altra pista che sembra essere più credibile e, cioè, che sia il vento Ora a spingere i rifiuti dalla pianura lombardo-veneta verso nord, finendo in quel vero e proprio “collo di bottiglia” che è l’estremità settentrionale (e trentina) del Lago di Garda. Ma anche questa non sarebbe una buona notizia: significherebbe una presenza ancora più massiccia nelle acque di pianura.

Fonte:  Current Biology

 

Il polistirolo è più duro dell’acciaio

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Conosciamo il polistirolo (o polistirene) come un materiale morbido, friabile, adatto per l’imballaggio, o come isolante termico. In molti dunque rimarranno forse stupiti nell’apprendere che in realtà, con la giusta tecnica di produzione, può diventare resistente come l’acciaio. La scoperta è frutto di una collaborazione tra l’Università Bicocca di Milano e l’Università giapponese di Kyoto, ed è stata presentata sulle pagine di Nature Chemistry. Un filo di polistirolo atattico, questo il nome del nuovo materiale super-resistente, realizzato grazie a una nuova metodologia nanotecnologica molecolare. Il metodo comunemente utilizzato per la creazione di polimeri prevede di stirare le fibre del materiale di partenza (in questo caso lo stirene) per allinearle e allungarle, un po’ come se si filasse la lana. In questo modo però il risultato è reversibile e non sempre perfetto. Il nuovo metodo molecolare e nanotecnologico scoperto dalle due università prevede invece l’allineamento dei polimeri contestualmente al momento della loro creazione, in modo da renderlo una caratteristica “strutturale” del materiale. Le catena polimeriche sono tenute in registro da pinze molecolari, ovvero delle minuscole mollette che consentono alla struttura ordinata di rimanere stabile nel tempo. È proprio grazie alla sua struttura che il polistirene atattico così ottenuto presenta un’elevata resistenza meccanica: l’allineamento stabile delle catene polimeriche permette infatti di sopportare il carico di 6-8 tonnellate per centimetro quadrato, un’enormità, se paragonato alla tonnellata e mezzo per centimetro quadrato dei compositi in fibre di carbonio. Il nuovo materiale inoltre costa almeno 10 volte di meno delle fibre di carbonio o del più comune kevlar. “Al momento abbiamo certificato la possibilità di realizzare un materiale innovativo agendo direttamente sulla catena di polimeri nel momento della sua formazione, modificando e allineandone la struttura in maniera permanente. E ora stiamo pensando di depositare il brevetto”, afferma il professor Piero Sozzani, coordinatore del team di ricercatori della Bicocca. “Con questa scoperta diventa finalmente possibile applicare un materiale più leggero, più resistente e più economico a differenti ambiti industriali: dall’automotive all’industria navale, passando per l’high-tech e l’aerospaziale”. Riferimenti: Highly ordered alignment of a vinyl polymer by host–guest cross-polymerization; Gaetano Distefano, Hirohito Suzuki, Masahiko Tsujimoto, Seiji Isoda, Silvia Bracco, Angiolina Comotti, Piero Sozzani,   Takashi Uemura & Susumu Kitagawa Nature Chemistry doi: 10.1038/nchem.1576

Fonte:http://www.galileonet.it/blog_posts/519cd690a5717a117a0000b6